Синдром системной воспалительной реакции организма. Синдром системной воспалительной реакции и сепсис
В соответствии с решениями международной согласительной конференции пульмонологов и специалистов по интенсивной терапии 1991 года ключевым понятиям, характеризующим ответную реакцию организма на любое инфекционно воспаление (инфицированная рана, ожег, перфорация полого органа брюшной полости, воспаление червеобразного отростка, пневмония, эндокардит и т.д.) характеризует синдром системной воспалительной реакции – ССВР (SIRS) (Bone R.C. et al., 1992) . Системный воспалительный ответ (реакция) обусловлен выделением и неконтролируемым распространением цитокинов и провоспалительных медиаторов из первичного очага инфекционного воспаления в окружающие ткани, а затем и в систему кровотока. Под их влиянием при участии активаторов и макрофагов в тканях других органов образуются и выделяются аналогичные эндогенные субстанции. Медиаторами воспаления могут быть гистамин, фактор некроза опухолей, фактор активации тромбоцитов, клеточные адгезивные молекулы, компоненты комплемента, окись азота, токсические метаболиты кислорода, продукты перекисного окисления липидов и др.
Патогенез развития ССВО
При неспособности иммунной системы погасить генерализацию распространения провоспалительных факторов и нарастании их концентрации в крови происходит нарушение микроциркуляции, повышается проницаемость эндотелиакапиляров, миграция токсических субстанций через межэндоталеальные «щели» в ткани органов, формирование отдаленных очагов системного воспаления, развитие функциональной недостаточности органов и систем организма. Конечным результатом этого многофакторного и многоступенчатого патофизиологического механизма является развитие ДВС-синдрома, иммунного паралича, полиорганной недостаточности.
Однако, в ходе исследований установлено, что синдром системной воспалительной реакции возникает не только при внедрении инфекции, но и в ответ на травму, стресс, соматические заболевания, лекарственную аллергию, ишемию тканей и т.д., т.е. является универсальной ответной реакцией организма на патологический процесс. Поэтому о сепсисе следует говорить только тогда, когда синдром системного воспалительного ответа развивается при попадании в патологический очаг возбудителей инфекции и при развитии нарушений функции органов и систем, т.е. имеет место наличие как минимум двух признаков: инфекционного очага , определяющего природу патологического процесса и ССВР (критерий проникновения медиаторов воспаления в системную циркуляцию).
Присоединение признаков органно-системной дисфункции (критерий распространения инфекционно-воспалительной реакции за пределы первичного очага) свидетельствует о тяжелых формах сепсиса (Табл.2). Следует иметь в виду, что бактериемия может быть транзиторной и не завершиться генерализацией инфекции. Но если она стала пусковым механизмом ССВР и органно-системной дисфункции, в этом случае речь пойдет о сепсисе.
Классификация ССВО
| ССВО | Диагноз ССВО устанавливается при наличии двух и более следующих клинических признаков:
|
| Сепсис | Состояние, при котором наблюдается не менее двух признаков ССВО при наличии инфекционного очага, подтвержденного выделением возбудителя из крови |
| Тяжелый сепсис | Сепсис, сопровождающийся появлением полиорганной недостаточности, перфузнонными нарушениями (включая лактатацидоз, олигурию, острое нарушение психического статуса) и развитием артериальной гипотензии, корригирующихся при применении методов интенсивной терапии |
| Септический шок | Тяжелый сепсис, сопровождающийся стойкой гипотензией и перфузионными нарушениями, не поддающимися коррекции путем адекватной инфузионной, инотропной и вазопрессорной терапии. Под сепсис/ССВО-индуцированной гипотензией понимают САД <90 ммрт. ст. либо снижение САД более чем на40 ммрт. ст. от исходных показателей в отсутствии других причин гипотензии. Пациенты, получающие инотропные или вазопрессорные препараты, могут не иметь гипотензии, тем не менее, сохраняются признаки гипоперфузионных нарушений и дисфункции органов, которые относятся к проявлениям септического шока |
| Синдром полиорганной недостаточности | Нарушение функции двух или более жизненно важных органов у пациентов с тяжелым ССВО, у которых не удается поддерживать гомеостаз без специфических мероприятий интенсивной терапии |
Концепция двухфазного течения ССВО. В основе системной воспалительной реакции лежит запуск цитокинового каскада, который включает, с одной стороны, провоспалительные цитокины, а с другой - противовоспалительные медиаторы. Баланс между этими двумя антагонистическими группами во многом определяет характер течения и исход процесса.
В развитии ССВО выделяют пять стадий:
1) начальная (индукционная) стадия - представлена локальным воспалительным ответом на воздействие повреждающего фактора;
2) каскадная (медиаторная) стадия - характеризуется избыточной продукцией медиаторов воспаления и их выбросом в системный кровоток;
3) стадия вторичной аутоагрессии, для которой характерно развитие клинической картины ССВО, формирование ранних признаков органной дисфункции;
4) стадия иммунологического паралича - стадия глубокой иммуносупрессии и поздних органных нарушений;
5) терминальная стадия.
Многовековое учение о сепсисе завершилось в последние десятилетия пониманием, что в основе этого патологического процесса лежит универсальный ответ организма на повреждение - системная воспалительная реакция. Иначе говоря, сепсис - это проявление системной воспалительной реакции в ответ на микробную агрессию. Однако при сепсисе возникает не просто гиперпродукция про- и противовоспалительных медиаторов и активация других регуляторных систем - от апоптоза и коагуляции до выброса гормонов. При сепсисе происходит дисрегуляция системной воспалительной реакции, что позволило образно обозначить ее как «злокачественное внутрисосудистое воспаление» или «медиаторный хаос». Эта реакция может стать автономной, неконтролируемой и независимой от действия инициирующего фактора. Координация усилий в исследовании сепсиса позволила унифицировать его диагноз. О сепсисе свидетельствуют клинические признаки системной воспалительной реакции при наличии очага инфекции. Клинические признаки системной воспалительной реакции просты. Они включают: температуру тела (внутреннюю) более 38°С или менее 36°С, тахикардию более 90 ударов в минуту, тахипное более 20 в минуту или РаС02 менее 32 мм рт. ст., лейкоцитоз более 12 000/мм3 или лейкопению менее 4000/мм3 либо более 10% незрелых форм белых кровяных телец. Однако в основе этих симптомов при сепсисе лежат глубокие «закулисные» процессы - выброс цитокинов и других медиаторов, гипердинамические сдвиги кровообращения, повреждение эндотелия, нарушение проницаемости капиллярных мембран и функции легких. Диагностическая информативность этих признаков весьма высока и при наличии очага инфекции эти симптомы должны настораживать, поскольку сепсис - это стадийный процесс, быстро приводящий к развитию полиорганной недостаточности и глубоким нарушениям гемодинамики и транспорта кислорода в виде септического шока. Локальное воспаление, сепсис, тяжелый сепсис и полиорганная недостаточность - это звенья одной цепи в реакции организма на воспаление вследствие микробной инфекции. (Савельев В.С. (ред.) 80 лекций по хирургии, 2008).
Концепция системной воспалительной реакции и сепсиса
В августе 2006 года исполнилось 15 лет со времени Согласительной конференции по сепсису, которая предложила стандартизировать терминологию, касающуюся синдрома системной воспалительной реакции (ССВР) и сепсиса. Пятнадцатилетний опыт показал, что концепция системной воспалительной реакции имеет не только клиническое, но и общебиологическое значение.
Признаки ССВР представляются чувствительными критериями для выявления популяции риска инфекционных осложнений и служат основой опережающего принципа диагностики сепсиса и других критических состояний. При адекватной клинической трактовке симптоматика ССВР имеет существенное дифференциально-диагностическое значение. Частота выявления признаков ССВР в отделениях интенсивной терапии весьма высока - до 75%. Лишь у 25-50% больных с признаками ССВР подтверждается его инфекционная этиология. При этом вероятность ее инфекционной причины четко коррелирует с количеством выявляемых признаков.
С учетом новой суммы знаний о системном воспалении инфекционной природы была признана необходимость разработки концепции PIR0, которая характеризует предрасположенность к инфекции (Р), описывает особенности этиологии и локализации первичного очага (I), системную реакцию организма (R) и наличие органной дисфункции (0).
В последние годы произошли определенные изменения в микробиологической структуре сепсиса. Если 15-20 лет назад в этиологии хирургического сепсиса доминировали грамотрицательные бактерии и золотистый стафилококк, то сейчас существенно возросла роль сапрофитных стафилококков, энтерококков и грибов. На сегодняшний день в большинстве крупных многопрофильных медицинских центрах частота грамположительного (Гр+) и грамотрицательного (Гр-) сепсиса оказалась приблизительно равной. Это произошло в результате увеличения роли в патологии таких грамположительных бактерий, как Streptococcus spp., Staphylococcus и Enterococcus spp. Увеличилась частота выделения микробов, наименования которых ранее были вообще неизвестны клиницистам. Причина этого - селекция резистентных микробов под влиянием антибиотиков, широкое применение инвазивных методов диагностики и лечения, влияние различных факторов, вызывающих иммунодепрессию. (Савельев В.С. (ред.) 80 лекций по хирургии, 2008, Даценко Б.М., Шаповал С.Д., Кирилов А.В. Критерии диагностики и прогноза хирургического сепсиса Междунар. Мед журн. - 2005)
ГБОУ ВПО КрасГМУ им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого Минздрава России
Кафедра патофизиологии с курсом клинической патофизиологии им. В.В. Иванова
ВВОДНАЯ ЛЕКЦИЯ
по дисциплине «клиническая патофизиология»
для клинических ординаторов всех специальностей
ТЕМА: «Этиопатогенез синдрома системного воспалительного ответа»
Индекс темы:ОД.О.00.
Заведующий кафедрой________________ д.м.н. Рукша Т.Г.
Составитель:
Д.м.н., доцент Артемьев С.А.
Красноярск
Цель лекции:
систематизировать знания об этиологии и патогенезе воспаления
ПЛАН ЛЕКЦИИ:
Воспаление, определение
Стадии воспаления
Физико-химические изменения в клетке при альтерации
Экссудация и эмиграция форменных элементов крови в очаг воспаления
Фагоцитоз
Воспаление
- типовой патологический процесс, возникающий в ответ на действие повреждающего фактора. Воспаление характеризуется следующими последовательно протекающими стадиями:
альтерация
расстройства микроциркуляции
экссудация
эмиграция
фагоцитоз
пролиферация
Системные проявления воспаления включают лихорадку, реакции кроветворной ткани с развитием лейкоцитоза, повышенние скорости оседания эритроцитов, ускоренный обмен веществ, измененния иммунологической реактивности, явления интоксикации организма.
Этиология воспаления
Воспалительным агентом (флогогеном - от лат. phlogosis - воспаление, синоним термина inflammatio) может быть любой фактор, способный вызвать тканевое повреждение:
Физические факторы (ультрафиолетовое излучение , ионизирующая радиация, термические воздействия)
Химические факторы (кислоты, щелочи, соли)
Биологические факторы (вирусы, грибы, опухолевые клетки, токсины насекомых)
Патогенез воспаления
Альтерация
Начальный этап воспаления – альтерация развивается сразу после действия повреждающего фактора.
Альтерация - это изменения в тканях, возникающие непосредственно после воздействия повреждающего фактора, характеризуются нарушением обмена в ткани, изменением ее структуры и функции. Различают первичную и вторичную альтерацию.
Первичная альтерация является результатом повреждающего воздействия самого воспалительного агента, поэтому ее выраженность при прочих равных условиях (реактивность организма, локализация) зависит от свойств флогогена.
Вторичная альтерация является следствием воздействия на соединительную ткань, микрососуды и кровь высвободившихся во внеклеточное пространство лизосомальных ферментов и активных метаболитов кислорода. Их источником служат активированные иммигрировавшие и циркулирующие фагоциты, отчасти - резидентные клетки.
Характерным для всех обменов веществ является повышение интенсивности катаболических процессов, их преобладание над реакциями анаболизма. Со стороны углеводного обмена отмечается увеличение гликолиза и гликогенолиза, что обеспечивает усиление выработки АТФ. Однако из-за повышения уровня разобщителей дыхательной цепи большая часть энергии рассеивается в виде тепла, что приводит к энергодефициту, что, в свою очередь индуцирует анаэробный гликолиз, продукты которого – лактат, пируват – приводят к развитию метаболического ацидоза.
Изменения липидного обмена также характеризуются преобладанием катаболических процессов – липолиза, что вызывает увеличение концентрации свобоных жирных кислот и интенсификацию СПОЛ. Повышается уровень кетокислот, что также вносит свой вклад в развитие метаболического ацидоза.
Со стороны белкового обмена регистрируется усиленный протеолиз. Активируется синтез иммуноглобулинов.
Вышеуказанные особенности течения реакций метаболизма в стадию альтерации приводят к следующим физико-химическим изменениям в клетке:
Метаболический ацидоз
Повышение катаболических процессов ведет к накоплению избытка кислых продуктов катаболизма: молочной, пировиноградной кислот, аминокислот , ВЖК и КТ, что вызывает истощение буферных систем клеток и межклеточной жидкости, приводит к повышению проницаемости мембран, в том числе лизосомальных, выходу гидролаз в цитозоль и межклеточное вещество.
Гиперосмия – повышение осмотического давления
Обусловлена усилением катаболизма, распадом макромолекул, гидролизом солей. Гиперосмия приводит к гипергидратации очага воспаления, стимуляции эмиграции лейкоцитов, изменению тонуса стенок сосудов, а также формированию чувства боли.
Гиперонкия – повышение онкотического давления в ткани
Обусловлена увеличением концентрации белка в очаге воспаления в связи с усилением ферментативного и неферментативного гидролиза белков и выходом белков из крови в очаг воспаления из-за повышения проницаемости сосудистой стенки. Следствием гиперонкии является развитие отека в очаге воспаления.
Изменение поверхностного заряда клеток
Обусловлено нарушением водно-электролитного баланса в воспаленной ткани из-за нарушений трансмембранного переноса ионов и развития электролитного дисбаланса. Изменение поверхностного заряда клеток вызывает изменение порога возбудимости, индуцирует миграцию фагоцитов и клеточную кооперацию за счет изменения величины их поверхностного заряда.
Изменение коллоидного состояния межклеточного вещества и гиалоплазмы клеток очаге воспаления .
Обусловлено ферментативным и неферментативным гидролизом макромолекул и фазовыми изменениями микрофиламентов, ведет к увеличению фазовой проницаемости.
Уменьшение поверхностного натяжения клеточных мембран
Вызвано воздействием на клеточные мембраны ПАВ (фосфолипиды, ВЖК, К + , Са ++). Приводит к облегчению подвижности клеток и потенцированию адгезии при фагоцитозе.
Медиаторы воспаления
Медиаторы воспаления - биологически активные вещества, ответственные за возникновение или поддержание воспалительных явлений.
1. Биогенные амины . В эту группу входят два фактора – гистамин и серотонин . Они образуются тучными клетками и базофилами.
Действие гистамина реализуется на клетки через связывание со специализированными Н-рецепторами. Существует их три разновидности – Н 1 , Н 2 , Н 3 . Два первых типа рецепторов ответственны за реализацию биологического действия , Н 3 – за тормозящие эффекты. При воспалении преобладают эффекты, осуществляемые через Н 1 -рецепторы эндотелиальных клеток. Действие гистамина проявляется в расширении сосудов и повышении их проницаемости. Действуя на нервные окончания, гистамин обусловливает болевые ощущения. Гистамин также способствует эмиграции лейкоцитов посредством повышения адгезивности эндотелиальных клеток, стимулирует фагоцитоз.
Серотонин в умеренных концентрациях вызывает расширение артериол, сужение венул и способствует развитию венозного застоя. В высоких концентрациях способствует спазму артериол.
К образованию кининов приводит активация сывороточных и тканевых факторов, осуществляемая по каскадному механизму. Кинины расширяют артериолы и венулы в очаге воспаления, повышают проницаемость сосудов, усиливают экссудацию, стимулируют образование эйкозаноидов, вызывают ощущение боли.
Система фибринолиза включает ряд белков плазмы, обладающих активностью протеаз, которые расщепляют фибриновый сгусток и способствуют образованию вазоактивных пептидов.
Система комплемента. Система комплемента включает группу сывороточных белков, последовательно активирующих друг друга по каскадному принципу, в результате чего образуются опсонизирующие агенты и пептидные факторы, участвующие в развитии воспалительной и аллергической реакций. Участие системы комплемента в воспалении проявляется на нескольких этапах его развития: при формировании сосудистой реакции, реализации фагоцитоза и осуществлении лизиса патогенных микроорганизмов. Результатом активации системы комплемента является формирование литического комплекса , нарушающего целостность мембраны клеток, прежде всего, бактериальных.
Эйкозаноиды относятся к медиаторам воспаления, играющим важную роль в развитии сосудистой реакции и эмиграции лейкоцитов в очаг воспаления. Они представляют собой производные арахидоновой кислоты, которая входит в состав клеточных мембран и отщепляется от липидных молекул под влиянием фермента фосфолипазы А 2 .
Лейкотриены появляются в очаге воспаления через 5-10 минут. В основном высвобождаются тучными клетками и базофилами, суживают мелкие сосуды, повышают их проницаемость, усиливают адгезию лейкоцитов на эндотелии, служат хемотаксическими агентами.
Простагландины накапливаются в очаге воспаления через 6-24 часов после начала его развития. PGI2 тормозит агрегацию тромбоцитов, препятствуя свертыванию крови, вызывает расширение сосудов. PGE2 расширяет мелкие сосуды, вызывает болевые ощущения, регулирует выработку других медиаторов.
Тромбоксан ТХА2 вызывает сужение венул, агрегацию пластинок, секрецию тромбоцитами активных продуктов, является источников болевых ощущений.
Белки острой фазы - это около 30 белков плазмы крови , участвующих в воспалительном ответе организма на различные повреждения. Белки острой фазы синтезируются в печени, их концентрации завися т от стадии заболевания и/или от масштабов повреждений (отсюда ценность тестов на белки ОФ для лабораторной диагностики острой фазы воспалительного ответа).
С-реактивный белок (СРБ): при воспалении концентрация СРБ в плазме крови увеличивается - в 10 –100 раз и есть прямая связь между изменением уровня СРБ и тяжестью и динамикой клинических проявлений воспаления. Выше концентрация СРБ - выше тяжесть воспалительного процесса, и наоборот. Именно поэтому СРБ и является наиболее специфичным и чувствительным клинико-лабораторным индикатором воспаления и некроза. Именно поэтому измерение концентрации СРБ широко применяется для мониторинга и контроля эффективности терапии бактериальных и вирусных инфекций, хронических воспалительных заболеваний, онкологических заболеваний, осложнений в хирургии и гинекологии и др. Однако, разные причины воспалительных процессов по-разному повышают уровни СРБ.
При бактериальных инфекциях, при обострении некоторых хронических воспалительных заболеваний (например, ревматоидного артрита) и при повреждении тканей (хирургические операции, острый инфаркт миокарда) концентрации СРБ возрастают до 40-100 мг/л (а иногда и до 200 мг/л).
Тяжелые генерализованные инфекции, ожоги, сепсис – повышают СРБ почти запредельно - до 300 мг/л и более того.
Орозомукоид имеет антигепариновую активность, при повышении его концентрации в сыворотке ингибируется агрегация тромбоцитов.
Фибриноген не только важнейший из белков свертывания крови, но также и источник образования фибринопептидов, обладающих противовоспалительной активностью.
Церулоплазмин - поливалентный окислитель (оксидаза), он инактивирует супероксидные анионные радикалы, образующиеся при воспалении, и защищает тем самым, биологические мембраны.
Гаптоглобин не только способен связывать гемоглобин с образованием комплекса, обладающего пероксидазной активностью, но достаточно эффективно ингибирует катепсины С, В и L. Гаптоглобин может участвовать и в утилизации некоторых патогенных бактерий.
Целый ряд белков острой фазы обладает антипротеазной активностью. Это ингибитор протеиназ (α -антитрипсин), антихимотрипсин, α-макроглобулин . Их роль - ингибирование активности эластазоподобных и химотрипсиноподобных протеиназ, поступающих из гранулоцитов в воспалительные экссудаты и вызывающих вторичное повреждение тканей. Для начальных стадий воспаления обычно характерно снижение уровней этих ингибиторов, но вслед за этим происходит повышение их концентрации, вызванное увеличением их синтеза. Специфические ингибиторы протеолитических каскадных систем, комплемента, коагуляции и фибринолиза регулируют изменение активности этих важнейших биохимических путей в условиях воспаления. И поэтому если при септическом шоке или остром панкреатите ингибиторы протеиназ снижаются - это весьма плохой прогностический признак.
Бактериальная инфекция . Именно при ней наблюдаются самые высокие уровни СРБ (100 мг/л и выше ). При эффективной терапии концентрация СРБ снижается уже на следующий день, а если этого не происходит, с учетом изменений уровней СРБ, решается вопрос о выборе другого антибактериального лечения.
Сепсис у новорожденных . При подозрении на сепсис у новорожденных концентрация СРБ более 12 мг/л – это указание на немедленное начало противомикробной терапии. Но следует учитывать, что у части новорожденных бактериальная инфекция может и не сопровождаться резким повышением концентрации СРБ.
Вирусная инфекция . При ней СРБ может повышаться лишь незначительно (меньше 20 мг/л ), что используется для дифференцирования вирусной инфекции от бактериальной. У детей с менингитом СРБ в концентрации выше 20 мг/л - это безусловное основание для начала антибиотикотерапии.
Нейтропения . При нейтропении у взрослого пациента уровень СРБ более 10 мг/л может оказаться единственным объективным указанием на наличие бактериальной инфекции и на необходимость применения антибиотиков.
Послеоперационные осложнения . Если в течение 4-5 дней после хирургической операции СРБ продолжает оставаться высоким (или увеличивается), это указывает на развитие осложнений (пневмонии, тромбофлебита, раневого абсцесса).
I – infection - инфекция
R – response – ответная реакция больного
O
– organ dysfunction – нарушение функции органов
Некоторые авторы считают, что при политравме SIRS и MODS являются явлениями одного порядка – SIRS представляет легкую форму MODS.
Хемокин CXCL8 является прогностическим признаком неблагоприятного исхода и развития MODS
ИЛ-12, фактор некроза опухоли-α служат предикторами благоприятного исхода.
|
Прокоагулянтная система Антикоагулянтная система
СЕПСИС Тканевой фактор ИАП-1 Протеин С Активаторы плазминогена Плазминоген Плазмин Фибрин Угнетение фибринолиза ПОВЫШЕННОЕ ТРОМБООБРАЗОВАНИЕ Прокоагулянтные механизмы Тромбоз мелких сосудов Повышение уровня фибриногена Нарушение перфузии тканей Тромбин Протромбин Фактор VIIa Фактор X Фактор X Фактор Va |
|
Рис. 2. Механизм развития нарушений гемостаза при сепсисе. |
Синдром системного воспалительного ответа (SIRS)
Суммарные эффекты, оказываемые медиаторами повреждения, формируют генерализованную системную воспалительную реакцию или синдром системного воспалительного ответа, клиническими проявлениями
которого являются:
- температура тела больше 38 о С или менее 36 о С;
- частота сердечных сокращений более 90 в минуту;
- частота дыхательных движений более 20 в минуту или артериальная гипокапния менее 32 мм рт. ст;
- лейкоцитоз более 12 000 в мм или лейкопения менее 4 000 мм, или наличие более 10% незрелых форм нейтрофилов.
Патогенез синдрома системного воспалительного ответа (SIRS)
Наличие травматического или гнойного очага обусловливает продукцию медиаторов воспаления.
На первой стадии происходит локальная продукция цитокинов.
На второй стадии в кровоток поступают незначительные концентрации цитокинов, которые, однако, могут активировать макрофаги, тромбоциты. Развивающаяся острофазовая реакция контролируется провоспалительными медиаторами и их эндогенными антагонистами, такими как антагонисты интерлейкина-1, 10, 13; фактор некроза опухоли. За счет баланса между цитокинами, антагонистами медиаторных рецепторов и антителами в нормальных условиях создаются предпосылки для заживления ран, уничтожения патогенных микроорганизмов, поддержания гомеостаза.
Третья стадия характеризуется генерализацией воспалительной реакции. В том случае, если регулирующие системы не способны поддерживать гомеостаз, начинают доминировать деструктивные эффекты цитокинов и других медиаторов, что приводит к:
нарушению проницаемости и функции эндотелия капилляров,
повышению вязкости крови, что может индуцировать развитие ишемии , которая, в свою очередь, способна вызвать реперфузионные расстройства и образование белков теплового шока
активации системы свертывания крови
глубокой дилатации сосудов, экссудацией жидкости из кровяного русла, тяжелым нарушениям кровотока.
В западной литературе термин SIRS применяется для определения клинического синдрома, который раньше обозначали как «сепсис», а диагноз «сепсис» используется только при SIRS с документально подтвержденной инфекцией.
Дифференциальная диагностика неинфекционного и инфекционного (септического) синдрома системного воспалительного ответа:
Считается, что при септическом SIRS наиболее информативными показателями интенсивности воспаления являются уровни СРБ, фактора некроза опухоли-α и ИЛ-6.
Острый респираторный дистресс-синдром (ARDS)
Впервые о данном синдроме стало известно во время войны во Вьетнаме, когда солдаты, выжившие после тяжелых ранений, внезапно умирали в течение 24-48 часов от остро развивающейся дыхательной недостаточности.
Причины развития ARDS :
Инфекции легких
Аспирация жидкости
Состояния после пересадки сердца и легких
Вдыхание токсических газов
Отек легких
Шоковые состояния
Аутоиммунные заболевания
Патогенез острого респираторного дистресс-синдрома (ARDS)
Пусковым моментом ARDS чаще всего является эмболизация микрососудов легких агрегатами клеток крови, каплями нейтрального жира, частицами поврежденных тканей, микросгустками донорской крови на фоне токсического воздействия образующихся в тканях (в том числе и в ткани легких) биологически активных веществ- простагландинов, кининов и др. Ключевым цитокином в развитии ARDS является ИЛ-1β, который даже в малых дозах способен вызвать воспалительный процесс в легких. Локально продуцируемый под действием Ил-1β и фактора некроза опухоли-α хемокин CXCL8 вызывает миграцию нейтрофилов в легкие , которые продуцируют цитотоксические вещества, вызывающие повреждение эпителия альвеол, альвеолярно-капиллярных мембран и повышение проницаемости стенок капилляров легких, что в конечном итоге приводит к развитию гипоксемии.
Проявления ARDS:
Одышка: для дистресс–синдрома характерно тахипноэ
Увеличение МОД
Уменьшение лёгочных объёмов (общей ёмкости лёгких, остаточного объёма лёгких, ЖЁЛ, функциональной остаточной ёмкости лёгких)
Гипоксемия, острый дыхательный алкалоз
Увеличение сердечного выброса (в терминальной стадии синдрома - снижение)
Синдром полиорганных поражений/полиорганной дисфункции (MODS, MOF)
Термин MODS
(синдром полиорганной дисфункции) пришел на смену MOF
(полиорганной недостаточности), так как он фокусирует внимание на течении процесса дисфункции, а не на его исходе.
В развитии MODS выделяют 5 стадий:
1. местная реакция в области травмы или первичного очага инфекции
2. начальный системный ответ
3. массивное системное воспаление, которое проявляется как SIRS
4. избыточная иммуносупрессия по типу синдрома компенсаторного противовоспалительного ответа
5. иммунологические нарушения.
Патогенез синдрома полиорганных поражений (MODS, MOF)
Полиорганные поражения развиваются в результате механической травмы тканей, микробной инвазии, выделения эндотоксина, ишемии-реперфузии и являются причиной смерти 60-85% пациентов. Одной из важных причин поражения является продукция преимущественно макрофагами медиаторов воспаления (фактора некроза опухоли-α, ИЛ-1, -4, 6, 10, хемокина CXCL8, адгезивных молекул – селектинов, ICAM-1, VCAM-1), что приводит к активации и миграции лейкоцитов, которые вырабатывают цитотоксические ферменты , реактивные метаболиты кислорода, азота, вызывающие повреждение органов, тканей.
Выводы:
В оспаление характеризуется следующими последовательно протекающими стадиями:
альтерация
расстройства микроциркуляции
экссудация
эмиграция
фагоцитоз
пролиферация
Лечение воспаления базируется на этиотропной, патогенетической и симптоматической терапии.
Рекомендуемая литература
Основная
Литвицкий П.Ф. Патофизиология. ГЭОТАР-Медиа, 2008
Войнов В.А. Атлас по патофизиологии: Учебное пособие. – М.: Медицинское информационное агентство, 2004. – 218с.
3.Долгих В.Т. Общая патофизиология: учебное пособие.-Р-на-Дону: Феникс, 2007.
4.Ефремов А.А. Патофизиология. Основные понятия: учебное пособие.- М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008.
5.Патофизиология: руководство к практическим занятиям: учебное пособие /ред. В.В.Новицкий.- М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011.
Электронные ресурсы
1.Фролов В.А. Общая патофизиология: Электронный курс по патофизиологии: учебное пособие.- М.: МИА, 2006.
2.Электронный каталог КрасГМУ
- генерализованное задействование базовых механиз мов, которые при классическом воспалении локализуются в очаге вос паления;
- ведущую роль реакции микрососудов во всех жиз ненно важных органах и тканях;
- отсутствие биологической целесообразности для организма в целом;
- системное воспаление имеет механизмы саморазви тия и является основной движущей силой патогенеза критических ос ложнений, а именно: шоковых состояний различного генеза и синдро ма полиорганной недостаточности – главных причин летальных исхо дов.
XVIII. ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ОПУХОЛЕВОГО РОСТА
В каждой науке существует небольшое количество таких за дач и проблем, которые потенциально могут быть решены, но решение это либо не найдено, либо в силу рокового стечения обстоятельств утрачено. На протяжении многих веков эти проблемы привлекают к себе интерес ученых. При попытке решить их делаются выдающиеся открытия, рождаются новые науки, пересматриваются старые пред ставления, появляются и умирают новые теории. Примерами таких задач и проблем могут служить: в математике – знаменитая теорема Ферма, в физике – проблема поиска элементарной структуры материи, в медицине – проблема опухолевого роста. Вот этой проблеме и по священ данный раздел.
Правильнее говорить не о проблеме опухолевого роста, а о проблемах опухолевого роста, так как здесь мы сталкиваемся с не сколькими проблемами.
Во-первых, опухоль представляет собой биологическую про блему, так как это единственное известное нам заболевание, которое так широко распространено в природе и практически в одинаковой форме встречается у всех видов животных, птиц, насекомых, незави симо от уровня их организации и среды обитания. Опухоли (остеомы) обнаружены уже у ископаемых динозавров, живших 50 млн лет назад. Новообразования встречаются также и у растений – в виде корончатых галов у деревьев, картофельного «рака» и др. Но здесь есть и другая сторона: опухоль состоит из клеток самого организма, следовательно, поняв законы возникновения и развития опухоли, мы сможем понять многие биологические законы роста, деления, размножения и диффе ренцировки клеток. Наконец, здесь есть и третья сторона: опухоль
представляет собой автономное разрастание клеток, следовательно, при исследовании возникновения опухолей нельзя обойти закономер ности биологической интеграции клеток.
Во-вторых, опухоль представляет собой проблему социаль ную, хотя бы потому, что является болезнью зрелого и пожилого воз раста: злокачественные опухоли встречаются чаще всего в возрасте 45–55 лет. Иными словами, от злокачественных новообразований уми рают высококвалифицированные работники, находящиеся еще в пе риоде активной творческой деятельности.
В-третьих, опухоль представляет собой проблему экономиче скую, так как смерти онкологических больных предшествует обычно длительная и мучительная болезнь, поэтому возникает необходимость в специализированных лечебных учреждениях для большого количе ства больных, подготовка специализированного медицинского персо нала, создание сложной и дорогостоящей аппаратуры, содержание исследовательских институтов, содержание трудноизлечимых боль ных.
В-четвертых, опухоль представляет собой психологическую проблему: появление онкологического больного существенно меняет психологический климат в семье и в коллективе, где он работает.
Опухоль, наконец, представляет собой и политическую про блему, так как в победе над онкологическими заболеваниями, так же как в сохранении мира, освоении космоса, в решении проблемы охра ны окружающей среды и проблемы сырьевых ресурсов, заинтересова ны все люди на земле независимо от их расовой принадлежности, цве та кожи, социального и политического устройства в их странах. Неда ром практически все страны, налаживая между собой политические и научные контакты, всегда создают двусторонние и многосторонние программы по борьбе с раком.
Для обозначения любой опухоли используется один из сле дующих греческих или латинских терминов: tumor, blastoma, neo plasma, oncos . Когда надо подчеркнуть, что речь идет о злокачествен ном росте опухоли, то к одному из перечисленных терминов добавля ют словоmalignus , при доброкачественном росте – словоbenignus .
В 1853 г. была опубликована первая работа Вирхова (R. Vir chow), излагавшая его взгляды на этиологию и патогенез опухолей. С этого момента клеточное направление в онкологии заняло господ ствующее положение. «Omnis cellula ex cellula» . Опухолевая клетка, как и всякая клетка организма, образуется только из клеток. Своим утверждением R. Virchow положил конец всем теориям о возникнове нии опухолей из жидкостей, лимфы, крови, бластом, всем разновидно
стям гуморальных теорий. Теперь в центре внимания – опухолевая клетка, а основная задача – изучение причин, которые вызывают пре вращение нормальной клетки в опухолевую, и путей, по которым это превращение происходит.
Вторым крупным событием в онкологии явился выход в 1877 г. диссертации М.А. Новинского на степень магистра ветеринар ных наук с описанием его опытов по перевивке трех микросарком со бак на других собак. Автор использовал для этих опытов молодых жи вотных и прививал им мелкие кусочки не из распадающихся (как это обычно делалось прежде), а из живых частей собачьих опухолей. Эта работа ознаменовала, с одной стороны, возникновение эксперимен тальной онкологии, а с другой – появление метода трансплантации опухолей, т.е. перевивки спонтанно возникающих и индуцированных опухолей. Совершенствование данного метода позволило определить основные условия успешной прививки.
1. Для прививки надо брать живые клетки.
2. Количество клеток может быть разным. Имеются сообще ния об успешной прививке даже одной клетки, но все же чем больше клеток вводим, тем больше вероятность успешной прививки опухоли.
3. Повторные прививки удаются скорее, а опухоли достигают больших размеров, т.е. если вырастить опухоль на животном, взять из нее клетки и привить их другому животному того же вида, то они при живаются лучше, чем у первого животного (первого хозяина).
4. Лучше всего осуществляется аутологичная трансплантация, т.е. пересадка опухоли тому же хозяину, но на новое место. Эффек тивна и сингенная трансплантация, т.е. перевивка опухоли на живот ных той же инбредной линии, к которой принадлежит исходное жи вотное. Хуже прививаются опухоли животным того же вида, но дру гой линии (аллогенная трансплантация), и совсем плохо приживляют ся опухолевые клетки при пересадке животному другого вида (ксено генная трансплантация).
Наряду с трансплантацией опухолей большое значение для понимания особенностей злокачественного роста имеет и метод экс плантации, т.е. культивирование опухолевых клеток вне организма. Еще в 1907 г. Гаррисон (R.G. Harrison) показал возможность выращи вания клеток на искусственных питательных средах, а вскоре, в 1910 г., Каррель и Берроусс (A. Carrel и M. Burrows) опубликовали данные о возможности культивирования in vitro злокачественных тканей. Этот метод позволил исследовать опухолевые клетки различных животных
и даже человека. К числу последних относятся штамм Hela (из эпи
дермоидного рака шейки матки), Нeр-1 (полученный тоже из шейки матки), Нeр-2 (рак гортани) и др.
Оба метода не лишены недостатков, среди которых наиболее существенными являются следующие:
при повторных прививках и посевах в культуре изменяются свойства клеток;
нарушается соотношение и взаимодействие опухолевых кле ток со стромальными и сосудистыми элементами, тоже входящими в состав опухоли, растущей в организме;
снимается регулирующее влияние организма на опухоль (при культивировании опухолевой ткани in vitro ).
С помощью описанных методов мы все же можем изучать свойства опухолевых клеток, особенности обмена веществ в них, влия ние на них различных химических и лекарственных веществ.
Возникновение опухолей связывают с действием на организм различных факторов.
1. Ионизирующая радиация. В 1902 г. Фрибен (A. Frieben) в Гамбурге описал кожный рак на тыльной стороне кисти у служащего на фабрике, изготовляющей рентгеновские трубки. Этот рабочий в течение четырех лет проверял качество трубок, просвечивая собствен ную руку.
2. Вирусы. В опытах Эллермана и Банга (C. Ellerman, O. Bang)
в 1908 г. и Рауса (P. Rous) в 1911 г. установлена вирусная этиология лейкоза и саркомы. Однако в то время лейкозы не относили к неопла стическим заболеваниям. И хотя эти ученые создали новое, весьма перспективное направление в изучении рака, их работы долгое время игнорировались и не получали высокой оценки. Лишь в 1966 г., спустя 50 лет после открытия, П. Раус был удостоен Нобелевской премии.
Наряду с многочисленными вирусами, вызывающими опухоли у животных, выделены вирусы, выступающие в качестве этиологиче ского фактора для индукции опухолей у человека. Из РНК содержащих ретровирусов к ним относится вирус HTLV-I (англ. hu man T-cell lymphotropic virus type I), вызывающий развитие одного из видов Т-клеточного лейкоза человека. По ряду своих свойств он схо ден с вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающим разви тие синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД). К ДНК содержащим вирусам, чье участие в развитии опухолей человека дока занно, относятся вирус папилломы человека (рак шейки матки), виру сы гепатита B и C (рак печени), вирус Эпштейна-Барра (помимо ин фекционного мононуклеоза, является этиологическим фактором для лимфомы Беркитта и назофарингеальной карциномы).
3. Химические вещества. В 1915 г. опубликована работа Яма гивы и Итикавы (K. Yamagiwa и K. Ichikawa) «Экспериментальное исследование атипической эпителиальной пролиферации», в которой описывалось развитие злокачественной опухоли у кроликов под влия нием длительного смазывания кожи внутренней поверхности уха ка менноугольной смолой. Позднее подобный эффект удалось получить при смазывании этой смолой спинок мышей. Безусловно, это наблю дение было революцией в экспериментальной онкологии, так как опу холь была индуцирована в организме экспериментального животного. Так появился метод индукции опухолей. Но вместе с тем возник во прос: что же является активным началом, какое же из множества ве ществ, составляющих смолу, служит канцерогеном?
Последующие годы развития экспериментальной и клиниче ской онкологии характеризуются накоплением фактических данных, которые с начала 60-х гг. XX в. начали обобщаться в более или менее стройные теории. Тем не менее и сегодня мы можем сказать, что знаем достаточно много об опухолевом росте, но отнюдь не все в нем еще понимаем и все еще далеки от окончательного решения онкологиче ских проблем. Но что же мы сегодня знаем?
Опухоль, новообразование – патологическая неконтроли руемая организмом пролиферация клеток с относительной автономией обмена веществ и существенными различиями в строении и свойствах.
Опухоль представляет собой клон клеток, которые образова лись из одной материнской клетки и обладают одинаковыми или близ кими свойствами. Академик Р.Е. Кавецкий предложил различать три стадии в развитии опухоли: инициации, стимуляции и прогрессии.
Стадия инициации
Превращение нормальной клетки в опухолевую характеризу ется тем, что она приобретает новые свойства. Эти «новые» свойства опухолевой клетки следует соотносить с изменениями в генетическом аппарате клетки, которые являются пусковыми для канцерогенеза.
Физический канцерогенез . Изменения структуры ДНК, при водящие к развитию опухоли, могут быть вызваны разными физиче скими факторами – и на первое место следует поставить здесь ионизи рующую радиацию. Под влиянием радиоактивных веществ возникают мутации генов, некоторые из которых могут привести к развитию опу холи. Что касается других физических факторов, таких как механиче ское раздражение, тепловое воздействие (хронические ожоги), поли мерные вещества (металлическая фольга, синтетическая фольга), то
они стимулируют (или активируют) рост уже индуцированной, т.е. уже возникшей, опухоли.
Химический канцерогенез. Изменения структуры ДНК могут быть вызваны и различными химическими веществами, что послужило основой для создания теорий химического канцерогенеза. Впервые на возможную роль химических веществ в индукции опухоли указал в 1775 г. английский врач Персильваль Потт (Percivall Pott), описавший рак мошонки у трубочистов и связавший возникновение этой опухоли с воздействием сажи из труб каминов английских домов. Но только в 1915 г. это предположение получило экспериментальное подтвержде ние в работах японских исследователей Ямагивы и Итикавы (K. Yamagiwa и K. Ichikawa), вызвавших злокачественную опухоль у кро ликов каменноугольной смолой.
По просьбе английского исследователя Кука (J.W. Cook) в 1930 г. на газовом заводе подвергли фракционной перегонке 2 тонны смолы. После многократной перегонки, кристаллизации и приготовле ния характерных производных удалось выделить 50 г какого-то неиз вестного соединения. Это был 3,4-бензпирен, который, как было уста новлено биологическими тестами, оказался вполне пригодным для исследования канцерогеном. Но 3,4-бензпирен не относится к числу самых первых чистых канцерогенов. Еще раньше (1929 г.) Кук уже синтезировал 1,2,5,6-дибензатрацен, который также оказался актив ным канцерогеном. Оба соединения – и 3,4-бензпирен, и 1,2,5,6 дибензатрацен – принадлежат к классу полициклических углеводоро дов. Представители этого класса содержат в качестве основного строи тельного блока бензольные кольца, которые могут быть объединены в многочисленные кольцевые системы в различных сочетаниях. Позднее были выявлены и другие группы канцерогенных веществ, такие как ароматические амины и амиды – химические красители, широко при меняемые в промышленности многих стран; нитрозосоединения – алифатические циклические соединения, обязательно имеющие в сво ей структуре аминогруппу (диметилнитрозамин, диэтилнитрозамин, нитрозометилмочевина и др.); афлатоксины и другие продукты жизне деятельности растений и грибков (циказин, сафрол, алкалоиды кре стовника и др.); гетероциклические ароматические углеводороды (1,2,5,6-дибензакридин, 1,2,5,6 и 3,4,5,6-дибензкарбазол и др.). Следо вательно, канцерогенные вещества отличаются друг от друга по хими ческому строению, но тем не менее все они имеют ряд общих свойств.
1. От момента действия канцерогенного вещества и до воз никновения опухоли проходит определенный латентный период.
2. Действие химического канцерогена характеризуется эффек том суммации.
3. Влияние канцерогенов на клетку необратимо.
4. Для канцерогенных веществ не существует субпороговых доз, т.е. любая, даже очень малая доза канцерогена вызывает опухоль. Однако при очень малых дозах канцерогена латентный период может превышать продолжительность жизни человека или животного и орга низм погибает от другой причины, а не от опухоли. Этим можно объ яснить и большую частоту опухолевых заболеваний у людей пожилого возраста (человек подвергается воздействию низких концентраций канцерогенов, следовательно, латентный период большой и опухоль развивается только в пожилом возрасте).
5. Канцерогенез – процесс ускоренный, т.е., начавшись под действием канцерогена, он уже не остановится и прекращение дейст вия канцерогена на организм не прекращает развития опухоли.
6. По существу, все канцерогены токсичны, т.е. способны убить клетку. Это означает, что при особо высоких суточных дозах канцерогенов клетки погибают. Иными словами, канцероген мешает самому себе: при высоких суточных дозах требуется большее количе ство вещества для получения опухоли, чем при низких.
7. Токсический эффект канцерогена направлен в первую оче редь против нормальных клеток, вследствие этого «резистентные» опухолевые клетки получают преимущества в селекции при воздейст вии канцерогена.
8. Канцерогенные вещества могут заменять друг друга (явле ние синканцерогенеза).
Возможно два варианта появления канцерогенных веществ в организме: поступление извне (экзогенные канцерогены) и образова ние в самом организме (эндогенные канцерогены).
Экзогенные канцерогены . Лишь немногие из известных экзо генных канцерогенных веществ без изменения своей химической структуры способны вызвать образование опухоли, т.е. изначально являются канцерогенами. Среди полициклических углеводородов сам бензол, нафталин, антрацен и фенантрацен неканцерогенны. Пожалуй, наиболее канцерогенны 3,4-бензпирен и 1,2,5,6-дибензантрацен, при этом 3,4-бензпирен играет особую роль в окружающей человека среде. Остатки сгорания нефти, выхлопные газы, пыль на улицах, свежая земля в поле, дым сигарет и даже копченые продукты содержат в не которых случаях существенное количество этого канцерогенного уг леводорода. Ароматические амины сами по себе вообще не канцеро генны, что было доказано прямыми экспериментами (Джорджиана
Бонсер). Следовательно, основная масса канцерогенных веществ должна образовываться в организме животного и человека из веществ, поступающих извне. Существует несколько механизмов образования канцерогенных веществ в организме.
Во-первых, неактивные в канцерогенном отношении вещества могут активироваться в организме в ходе химических превращений. При этом одни клетки способны активировать канцерогенные вещест ва, а другие нет. Канцерогены, которые могут обходиться без актива ции и которые для проявления своих разрушительных свойств не должны проходить через процессы обмена веществ в клетке, следует рассматривать как исключение. Иногда об активирующих реакциях говорят как о процессе токсикации, поскольку в организме происходит образование подлинных токсинов.
Во-вторых, нарушение реакций детоксикации, в ходе которых происходит обезвреживание токсинов, в том числе и канцерогенных веществ, также будет способствовать канцерогенезу. Но даже и не бу дучи нарушенными, эти реакции могут способствовать канцерогенезу. Например, канцерогены (в частности, ароматические амины) превра щаются в эфиры (гликозиды) глюкуроновой кислоты, а затем выделя ются почками через мочеточник в мочевой пузырь. А моча содержит глюкуронидазу, которая, разрушая глюкуроновую кислоту, способст вует освобождению канцерогенов. Судя по всему, этот механизм игра ет важную роль в возникновении рака мочевого пузыря под воздейст вием ароматических аминов. Глюкуронидаза была обнаружена в моче человека и собаки, но ее нет у мышей и крыс, и, как следствие этого, человек и собака подвержены раку мочевого пузыря, а мыши и крысы
Эндогенные канцерогены . В организме человека и животных немало разнообразного «сырья» для возникновения веществ, которые могут обладать канцерогенной активностью, – это и желчные кислоты, и витамин D, и холестерин, и ряд гормонов стероидного строения, в частности половые гормоны. Все это обычные составные части жи вотного организма, в котором они синтезируются, подвергаются зна чительным химическим изменениям, утилизируются тканями, что со провождается изменением их химического строения и выведением из организма остатков их метаболизма. При этом в результате того или иного нарушения обмена веществ вместо нормального, физиологиче ского продукта, скажем, стероидного строения, возникает какой-то весьма близкий, но все же иной продукт, с иным влиянием на ткани – так и возникают эндогенные канцерогенные вещества. Как известно, люди заболевают раком чаще всего в 40–60 лет. Этот возраст имеет
биологические особенности – это возраст климактерия в широком смысле этого понятия. В этот период имеет место не столько прекра щение функции половых желез, сколько их дисфункция, приводящая к развитию гормонозависимых опухолей. Особого внимания заслужи вают терапевтические мероприятия с применением гормонов. Описа ны случаи развития злокачественных опухолей молочной железы при неумеренном назначении натуральных и синтетических эстрогенов не только у женщин (при инфантилизме), но и у мужчин. Отсюда вовсе не следует, что вообще нельзя назначать эстрогены, однако показания к их применению в необходимых случаях и особенно дозы вводимых препаратов должны быть хорошо продуманы.
Механизм действия канцерогенных веществ. В настоящее время установлено, что при температуре около 37° C (т.е. температуре тела) постоянно происходят разрывы ДНК. Эти процессы идут с дос таточно большой скоростью. Следовательно, существование клетки даже при благоприятных условиях возможно лишь потому, что систе ма восстановления (репарации) ДНК обычно «успевает» устранять такие повреждения. Однако при определенных состояниях клетки, и прежде всего при ее старении, равновесие между процессами повреж дения и репарации ДНК нарушается, что и является молекулярно генетической основой увеличения с возрастом частоты опухолевых заболеваний. Химические канцерогены могут ускорять развитие про цесса самопроизвольного (спонтанного) повреждения ДНК вследствие увеличения скорости образования разрывов ДНК, подавлять актив ность механизмов, восстанавливающих нормальную структуру ДНК, а также изменять вторичную структуру ДНК и характер ее упаковки в ядре.
Имеется два механизма вирусного канцерогенеза.
Первый – индуцированный вирусный канцерогенез. Cуть это го механизма состоит в том, что существовавший вне организма вирус попадает в клетку и вызывает опухолевую трансформацию.
Второй – «природный» вирусный канцерогенез. Вирус, вызы вающий опухолевую трансформацию, попадает в клетку не извне, а является продуктом самой этой клетки.
Индуцированный вирусный канцерогенез. В настоящее время известно более 150 онкогенных вирусов, которые подразделяются на две большие группы: ДНК- и РНК-содержащие. Основным общим их свойством является способность трансформировать нормальные клет ки в опухолевые. РНК-содержащие онковирусы (онкорнавирусы) представляют собой более многочисленную уникальную группу.
При попадании вируса в клетку возможны разные варианты их взаимодействия и взаимоотношений между ними.
1. Полное разрушение вируса в клетке – в данном случае ин фекции не будет.
2. Полное воспроизведение в клетке вирусных частиц, т.е. раз множение вируса в клетке. Это явление получило название продук тивной инфекции – с ним чаще всего сталкиваются инфекционисты. Вид животного, в котором в нормальных условиях циркулирует вирус, передаваясь от одного животного другому, получил название природ ного хозяина. Клетки природного хозяина, зараженные вирусом и про дуктивно синтезирующие вирусы, называются пермиссивными клет ками.
3. В результате действия на вирус защитных клеточных меха низмов он воспроизводится не полностью, т.е. клетка не способна пол ностью уничтожить вирус, а вирус не может полностью обеспечить воспроизведение вирусных частиц и уничтожить клетку. Это чаще происходит при попадании вируса в клетки не природного хозяина, а животного другого вида. Такие клетки называют непермиссивными. Следовательно, в клетке одновременно существуют и взаимодейству ют геном клетки и часть вирусного генома, что приводит к изменению свойств клетки и может привести к ее опухолевой трансформации. Установлено, что продуктивная инфекция и трансформация клеток под действием ДНК-содержащих онковирусов обычно взаимоисклю чают друг друга: клетки природного хозяина главным образом про дуктивно инфицируются (пермиссивные клетки), в то время как клет ки другого вида чаще трансформируются (непермиссивные клетки).
В настоящее время общепризнано, что абортивная инфекция, т.е. прерывание полного цикла репродукции онковируса на любом этапе, является обязательным фактором, обусловливающим опухоле
вую трансформацию клетки. Такое прерывание цикла может возник нуть при инфекции полным инфекционным вирусом генетически рези стентных клеток, при инфекции дефективным вирусом пермиссивных клеток и, наконец, при инфекции полным вирусом восприимчивых клеток в необычных (непермиссивных) условиях, например при высо кой температуре (42° C).
Клетки, трансформированные ДНК-содержащими онковиру сами, как правило, не реплицируют (не воспроизводят) инфекционный вирус, но в таких неопластически измененных клетках постоянно реа лизуется определенная функция вирусного генома. Оказалось, что именно такая абортивная форма отношений вируса и клетки создает благоприятные условия для встраивания, включения вирусного генома в клеточный. Для решения вопроса о природе включения генома виру са в ДНК клетки необходимо ответить на вопросы: когда, где и как происходит эта интеграция?
Первый вопрос – когда? – касается фазы клеточного цикла, в течение которой возможен процесс интеграции. Это возможно в S фазе клеточного цикла, потому что в этот период синтезируются от дельные фрагменты ДНК, которые затем соединяются в единую нить с помощью фермента ДНК-лигазы. Если среди таких фрагментов кле точной ДНК окажутся и фрагменты ДНК-содержащего онковируса, то и они могут быть включены во вновь синтезируемую молекулу ДНК и она будет обладать новыми свойствами, изменяющими свойства клет ки и приводящими к ее опухолевой трансформации. Возможно, что ДНК онковируса, проникнув в нормальную клетку не в S-фазе, снача ла находится в состоянии «покоя» в ожидании S-фазы, когда она сме шивается с фрагментами синтезируемой клеточной ДНК, чтобы затем включиться в клеточную ДНК с помощью ДНК-лигазы.
Второй вопрос – где? – касается места включения ДНК онко генного вируса в геном клетки. Как показали эксперименты, оно про исходит в регуляторные гены. Включение же онковирусного генома в структурные гены маловероятно.
Третий вопрос – каким образом происходит интеграция?–
логически вытекает из предыдущего. Минимальная структурная еди ница ДНК, с которой происходит считывание информации – транс криптон, – представлена регуляторной и структурной зонами. Считы вание информации ДНК-зависимой РНК-полимеразой начинается с регуляторной зоны и идет в направлении структурной. Точка, с кото рой начинается процесс, получила название промотора. В случае включения ДНК-вируса в транскриптон, в нем оказываются два про
мотора – клеточный и вирусный, а считывание информации начинает ся с вирусного промотора.
В случае интеграции онковирусной ДНК между регуляторной
и структурной зонами РНК-полимераза начинает транскрипцию от вирусного промотора, минуя клеточный промотор. В результате обра зуется гетерогенная химеричная матричная РНК, часть которой соот ветствует генам вируса (начиная с вирусного промотора), а другая – структурному гену клетки. Следовательно, структурный ген клетки полностью выходит из-под контроля ее регуляторных генов; регуля ция утрачивается. Если онкогенный ДНК-вирус включается в регуля торную зону, то часть регуляторной зоны все же будет транслировать ся, и тогда утрата регуляции будет частичной. Но в любом случае об разование химеричной РНК, служащей основой для синтеза белка ферментов, приводит к изменению свойств клеток. По имеющимся данным, с клеточной ДНК может интегрироваться до 6–7 вирусных геномов. Все вышесказанное относилось к ДНК-содержащим онкоген ным вирусам, гены которых непосредственно включаются в ДНК клетки. Но они вызывают небольшое число опухолей. Гораздо больше опухолей вызывают РНК-содержащие вирусы, да и количество их больше, чем ДНК-содержащих. В то же время хорошо известно, что РНК сама по себе включаться в ДНК не может, следовательно, канце рогенез, вызванный РНК-содержащими вирусами, должен иметь ряд особенностей. Исходя из невозможности с химической точки зрения включения вирусной РНК онкорнавирусов в клеточную ДНК, амери канский исследователь Темин (H.М. Temin, Нобелевская премия 1975 г.), основываясь на своих экспериментальных данных, предположил, что онкорнавирусы в процессе своей репродукции синтезируют собст венную вирусную ДНК, которая и включается в клеточную ДНК так же, как в случаях ДНК-содержащих вирусов. Эту форму ДНК, синте зируемую на вирусной РНК, Темин назвалпровирусом . Вероятно, здесь уместно вспомнить о том, что провирусная гипотеза Темина появилась в 1964 г., когда полностью подтвердилось центральное по ложение молекулярной биологии о том, что передача генетической
информации идет по схеме ДНК РНК белок. Гипотеза Темина вводила в эту схему принципиально новый этап – РНК ДНК. Тео рия эта, встреченная большинством исследователей с явным недове рием и иронией, тем не менее хорошо согласовывалась с основным положением вирусогенетической теории об интеграции клеточного и вирусного геномов, а главное, объясняла его.
Понадобилось шесть лет для того, чтобы гипотеза Темина по лучила экспериментальное подтверждение – благодаря открытию фер
мента, осуществляющего синтез ДНК на РНК, – обратной транс криптазы . Этот фермент был обнаружен во многих клетках, был он обнаружен и в РНК-содержащих вирусах. Было установлено, что об ратная транскриптаза РНК-содержащих опухолевых вирусов отлична от обычных ДНК-полимераз; информация о ее синтезе закодирована в вирусном геноме; она присутствует только в зараженных вирусом клетках; обратная транскриптаза найдена в опухолевых клетках чело века; она необходима лишь для опухолевой трансформации клетки и не требуется для поддержания опухолевого роста. При проникновении вируса в клетку начинает работать его обратная транскриптаза и про исходит синтез полной копии вирусного генома – ДНК-копия, которая представляет собойпровирус . Синтезированный провирус затем вклю чается в геном клетки хозяина, а дальше процесс развивается так же, как и в случае с ДНК-содержащими вирусами. При этом провирус мо жет включаться целиком в одном месте ДНК, а может, распавшись на несколько фрагментов, включаться в различные участки клеточной ДНК. Теперь при активации синтеза клеточной ДНК всегда будет ак тивироваться и синтез вирусов.
В организме природного хозяина с провируса происходит пол ное копирование вирусного генома и синтез полного вируса. В орга низме же неприродного происходит частичная утрата провируса и транскрипция лишь 30–50% полного вирусного генома, что и способ ствует опухолевой трансформации клеток. Следовательно, и в случае РНК-содержащих вирусов опухолевая трансформация связана с абор тивной (прерванной) инфекцией.
До сих пор мы рассматривали вирусный канцерогенез с пози ций классической вирусологии, т.е. исходили из того, что вирус не является нормальной составной частью клетки, а попадает в нее извне и вызывает ее опухолевую трансформацию, т.е. индуцирует формиро вание опухоли, поэтому такой канцерогенез получил название инду цированного вирусного канцерогенеза.
продуктами нормальной клетки (или, как их называют, эндогенными вирусами). Эти вирусные частицы обладают всеми признаками, харак терными для онкорнавирусов. Вместе с тем эти эндогенные вирусы, как правило, апатогенны для организма, а часто вообще даже неин фекционны (т.е. не передаются другим животным), лишь некоторые из них обладают слабыми онкогенными свойствами.
К настоящему времени эндогенные вирусы выделены из нор мальных клеток практически всех видов птиц и всех линий мышей, а также крыс, хомяков, морских свинок, кошек, свиней и обезьян. Уста новлено, что любая клетка практически может быть продуцентом ви руса, т.е. такая клетка содержит необходимую информацию для синте за эндогенного вируса. Часть нормального клеточного генома, коди рующая структурные компоненты вируса, получила название вирогена (вирогенов).
Два основных свойства вирогенов присущи всем эндогенным вирусам: 1) повсеместное распространение – более того, в одной нор мальной клетке может содержаться информация для выработки двух и более отличающихся друг от друга эндогенных вирусов; 2) вертикаль ная наследственная передача, т.е. от матери потомству. Вироген может быть включен в клеточный геном не только в виде единого блока, но и отдельные гены или их группы, в целом составляющие вироген, могут быть включены в различные хромосомы. Нетрудно представить (по скольку нет единой функционирующей структуры), что в большинстве случаев нормальные клетки, содержащие в своем составе вироген, полного эндогенного вируса не образуют, хотя могут синтезировать отдельные его компоненты в различных количествах. Все функции эндогенных вирусов в физиологических условиях полностью еще не выяснены, но известно, что с их помощью осуществляется передача информации от клетки клетке.
Участие эндогенных вирусов в канцерогенезе опосредуется различными механизмами. В соответствии с концепцией R.J. Huebner и Y.J. Todaro (Хюбнера – Тодаро) вироген содержит ген (или гены), ответственный за опухолевую трансформацию клетки. Этот ген назван онкогеном . В обычных условиях онкоген находится в бездеятельном (репрессированном) состоянии, так как его активность блокируется белками-репрессорами. Канцерогенные агенты (химические соедине ния, радиация и др.) приводят к дерепрессии (активации) соответст вующей генетической информации, в результате чего из содержащего ся в хромосоме предшественника вируса происходит образование ви рионов, способных вызвать трансформацию нормальной клетки в опу холевую. H.M. Temin на основании детальных исследований опухоле
вой трансформации клеток вирусом саркомы Рауса постулировал, что вироген не содержит онкогенов, т.е. генов, детерминирующих транс формацию нормальной клетки в опухолевую. Эти гены возникают в результате мутаций некоторых участков клеточной ДНК (протовиру сов) и последующего переноса генетической информации по пути, включающему обратную транскрипцию (ДНК РНК ДНК). Исхо дя из современных представлений о молекулярных механизмах канце рогенеза, можно утверждать, что мутация проонкогена не единствен ный путь его превращения в онкоген. К такому же эффекту могут при вести включение (вставка) промотора (участка ДНК, с которым связы вается РНК-полимераза, инициируя транскрипцию гена) рядом с про тоонкогеном. При этом роль промотора выполняют либо ДНК-копии определенных участков онкорновирусов, либо мобильные генетиче ские структуры или «прыгающие» гены, т.е. сегменты ДНК, способ ные перемещаться и встраиваться в разные участки генома клеток. Трансформация протоонкогена в онкоген может быть обусловлена также амплификацией (лат.amplificatio – распространение, увеличение
– это увеличение числа протоонкогенов, в норме обладающих не большой следовой активностью, в результате чего суммарная актив ность протоонкогенов значительно возрастает) или транслокацией (перемещением) протоонкогена в локус с функционирующим промо тором. За изучение этих механизмов Нобелевскую премию в 1989 г.
получили J.M. Bishop и H.E. Varmus.
Таким образом, теория природного онкогенеза рассматривает вирусные онкогены как гены нормальной клетки. В этом смысле бро ский афоризм Дарлингтона (C.D. Darlington) «Вирус – это взбесив шийся ген» наиболее точно отражает суть природного онкогенеза.
Оказалось, что вирусные онкогены, на существование кото рых указывал еще Л.А. Зильбер, кодируют белки, являющиеся регуля торами клеточного цикла, процессов пролиферации и дифференциров ки клеток, апоптоза. В настоящее время известно более ста онкогенов, которые кодируют компоненты внутриклеточных сигнальных путей: тирозиновые и серин/треониновые протеинкиназы, ГТФ-связывающие белки Ras-MAPK сигнального пути, ядерные белки-регуляторы транс крипции, а также факторы роста и их рецепторы.
Белковый продукт гена v-src вируса саркомы Рауса работает как тирозиновая протеинкиназа, ферментная активность которой оп ределяет онкогенные свойства v-src. Белковые продукты пяти других вирусных онкогенов (fes/fpc ,yes ,ros ,abl ,fgr ) также оказались тирози новыми протеинкиназами. Тирозиновые протеинкиназы – это фермен ты, фосфорилирующие различные белки (ферменты, регуляторные
белки хромосом, мембранные белки и пр.) по остаткам тирозина. Ти розиновые протеинкиназы в настоящее время рассматриваются как важнейшие молекулы, обеспечивающие трансдукцию (передачу) внешнего регуляторного сигнала на внутриклеточный метаболизм, в частности, доказана важная роль этих ферментов в активации и даль нейшем запуске пролиферации и дифференцировки Т- и В лимфоцитов через их антигенраспознающие рецепторы. Складывается впечатление, что эти ферменты и сигнальные каскады, запускаемые ими, интимно вовлечены в регуляцию клеточного цикла, процессов пролиферации и дифференцировки любых клеток.
Оказалось, что в нормальных, незараженных ретровирусами клетках находятся нормальные гены клеток, родственные онкогенам вирусов. Это родство первоначально установлено в результате откры тия гомологичности в нуклеотидных последовательностях трансфор мирующего онкогена вируса саркомы Рауса v-src (вирусногоsrc ) и нормального гена цыпленка c-src (клеточногоsrc ). Очевидно, вирус саркомы Рауса явился результатом рекомбинаций между с-src и древ ним стандартным ретровирусом птиц. Такой механизм – рекомбина ция между вирусным геном и геном хозяина – служит очевидным объяснением образования трансформирующих вирусов. По этой при чине функции нормальных генов и их роль в невирусных новообразо ваниях вызывают повышенный интерес исследователей. В природе нормальные формы онкогенов весьма консервативны. Для каждого из них существуют человеческие гомологи, некоторые из них присутст вуют во всех эукариотических организмах до беспозвоночных и дрожжей включительно. Такой консерватизм свидетельствует о том, что эти гены выполняют в нормальных клетках жизненно важные функции, а онкогенный потенциал приобретается генами только после функционально значимых изменений (таких, например, какие проис ходят при рекомбинации с ретровирусом). О таких генах говорят как о протоонкогенах.
Некоторые из этих генов, объединяемые в семейство клеточ ных онкогенов ras , были обнаружены путем трансфекции клеток с помощью ДНК, взятой из клеток опухолей человека. Активация геновras обычна для некоторых химически индуцированных эпителиаль ных карцином у грызунов, что предполагает активацию этих генов химическими канцерогенами. Доказана важная роль геновras в регу ляции активации, пролиферации и дифференцировки нормальных, не опухолевых клеток, в частности, Т-лимфоцитов. Выявлены и другие протоонкогены человека, выполняющие важнейшие функции в нор мальных неопухолевых клетках. Изучение белков, кодируемых вирус
ными онкогенами и их нормальными клеточными гомологами, прояс няет механизмы функционирования этих генов. Белки, кодируемые протоонкогеном ras , ассоциированы с внутренней поверхностью кле точной мембраны. Их функциональная активность, состоящая в свя зывании ГТФ, является проявлением функциональной активности ГТФ-связывающих или G-белков. Геныras являются филогенетически древними, они представлены не только в клетках млекопитающих и других животных, но и в дрожжах. Основная функция их продуктов состоит в запуске митогенактивированного сигнального пути, непо средственно вовлеченного в регуляцию пролиферации клеток и вклю чающего последовательную каскадную активацию MAPKKK (киназа, фосфорилирующая MAPKK; у позвоночных – серин-треониновая про теинкиназа Raf), MAPKK (киназа, фосфорилирующая MAPK; у позво ночных – протеинкиназа MEK; от англ. mitogen-activated and extracellularly activated kinase) и MAPK (от англ. mitogen-activated protein kinase; у позвоночных – протеинкиназа ERK; от англ. extracellular signal-regulated kinase) протеинкиназ. Следовательно, мо жет оказаться, что трансформирующие белки Ras относятся к классу измененных G-белков, передающих конститутивный сигнал роста.
Белки, кодируемые тремя другими онкогенами – myb, myc, fos , размещаются в клеточном ядре. В некоторых, но не во всех клетках нормальный гомологmyb экспрессируется в фазе Gl клеточного цикла. Функционирование двух других генов представляется тесно связан ным с механизмами действия фактора роста. Если фибробласты с остановленным ростом подвергнуть воздействию тромбоцитарного фактора роста, то начинается экспрессия специфического набора генов (по оценкам, от 10 до 30), включая протоонкогены с-fos и с-myc , и уровни клеточной мРНК этих генов нарастают. Экспрессия с-myc cти мулируется также в покоящихся Т- и В-лимфоцитах после воздействия соответствующими митогенами. После вхождения клетки в цикл роста экспрессия c-myc остается практически постоянной. После того как клетка утрачивает способность делиться (например, в случае постми тотических дифференцированных клеток), экспрессия с-myc прекра щается.
Примером протоонкогенов, выполняющих функцию рецепто ров факторов роста, являются гены, кодирующие рецепторы эпидер мального фактора роста. У человека эти рецепторы представлены 4 белками, обозначаемыми как HER1, HER2, HER3 и HER4 (от англ. human epidermal growth factor receptor). Все варианты рецептора имеют сходную структуру и состоят из трех доменов: внеклеточного лиган дсвязывающего, трансмембранного липофильного и внутриклеточно
го, обладающего активностью тирозиновой протеинкиназы и участ вующего в передаче сигнала внутрь клетки. Резко повышенная экспре сия HER2 выявлена при раке молочной железы. Эпидермальные фак торы роста стимулируют пролиферацию, предупреждают развитие апоптоза, стимулируют ангиогенез и метастазирование опухоли. Дока зана высокая терапевтическая эффективность моноклональных анти тел против внеклеточного домена HER2 (лекарственный препарат trastuzumab, прошедший клинические испытания в США) при лечении рака молочной железы.
Следовательно, протоонкогены могут нормально функциони ровать как регуляторы «активации» роста и дифференцировки клеток и служить ядерными мишенями для сигналов, генерируемых фактора ми роста. При альтерации или разрегулировании они могут обеспечить определяющий стимул нерегулируемого роста клетки и аномальной дифференцировки, что характерно для неопластических состояний. Рассмотренные выше данные указывают на важнейшую роль протоон когенов в функционировании нормальных клеток, регуляции их про лиферации и дифференцировки. «Поломка» этих механизмов внутри клеточной регуляции (в результате действия ретровирусов, химиче ских канцерогенов, радиации и т. д.) может привести к злокачествен ной трансформации клетки.
Помимо протоонкогенов, контролирующих клеточную про лиферацию, важная роль в опухолевой трансформации принадлежит повреждению рост-ингибирующих опухолевых супрессорных генов
(англ. growth-inhibiting cancer-suppressor genes), выполняющих функ цию антионкогенов. В частности, при многих опухолях обнаружива ются мутации гена, кодирующего синтез протеина p53 (англ. p53 tumor suppressor protein), запускающего в нормальных клетках сигнальные пути, которые участвуют в регуляции клеточного цикла (остановка перехода из G1 -фазы в S фазу клеточного цикла), индукции процессов апоптоза, торможении ангиогенеза. В опухолевых клетках ретинобла стомы, остеосарком, мелкоклеточного рака легкого отсутствует синтез протеина ретинобластомы (англ. pRB protein) вследствие мутации ко дируюшего этот белок генаRB . Этот белок участвует в регуляции G1 фазы клеточного цикла. Важную роль в развитии опухолей играет и мутация генов bcl-2 (англ. anti-apoptotic protein B-cell lymphoma 2),
приводящая к ингибированию апоптоза.
Для возникновения опухоли не менее важным, чем факторы, вызывающие ее, является и избирательная чувствительность клеток к этим факторам. Установлено, что непременной предпосылкой для по явления опухоли является наличие в исходной ткани популяции деля
щихся клеток. Вероятно, именно поэтому зрелые нейроны головного мозга взрослого организма, полностью утратившие способность к де лению, никогда не образуют опухоль в отличие от глиальных элемен тов головного мозга. Поэтому ясно, что все факторы, способствующие пролиферации ткани, способствуют и возникновению неоплазмы. Пер вое поколение делящихся клеток высокодифференцированных тканей не является точной копией родительских, высокоспециализированных клеток, а оказывается как бы «шагом назад» в том смысле, что харак теризуется более низким уровнем дифференцировки, некоторыми эм бриональными чертами. В дальнейшем, в процессе деления они диф ференцируются в строго детерминированном направлении, «дозревая» до фенотипа, присущего данной ткани. Эти клетки имеют менее жест кую программу поведения, чем клетки с завершенным фенотипом, кроме того, они могут быть некомпетентными к некоторым регули рующим воздействиям. Естественно, что генетический аппарат этих клеток более легко переключается на путь опухолевой трансформации,
и они служат непосредственными мишенями для онкогенных факто ров. Превратившись в элементы неоплазмы, они сохраняют некоторые черты, характеризующие ту стадию онтогенетического развития, на которой их застал переход в новое состояние. С этих позиций стано вится понятной повышенная чувствительность к онкогенным факто рам эмбриональной ткани, сплошь состоящей из незрелых, делящихся
и дифференцирующихся элементов. Это также во многом определяет феномен трансплацентарного бластомогенеза: дозы бластомогенных химических соединений, безвредных для беременной самки, действу ют на зародыш, что приводит к появлению опухолей у детеныша по сле рождения.
Стадия стимуляции роста опухоли
За стадией инициации наступает стадия стимуляции роста опухоли. На стадии инициации происходит перерождение одной клет ки в опухолевую, но необходима еще целая серия клеточных делений для продолжения опухолевого роста. В ходе этих повторных делений образуются клетки с различными способностями к автономному рос ту. Клетки, которые подчиняются регуляторным влияниям организма, уничтожаются, а клетки, наиболее склонные к автономному росту, приобретают преимущества в росте. Происходит селекция, или отбор наиболее автономных клеток, а значит и наиболее злокачественных. На рост и развитие этих клеток оказывают влияние различные факто ры – одни из них ускоряют процесс, а другие, наоборот, угнетают его, чем препятствуют развитию опухоли. Факторы, которые сами по себе
не способны инициировать опухоль, не способны вызывать опухоле вую трансформацию, но стимулируют рост уже возникших опухоле вых клеток, получили название коканцерогенов . К ним прежде всего относят факторы, вызывающие пролиферацию, регенерацию или вос паление. Это фенол, карболовый эфир, гормоны, скипидар, заживаю щие раны, механические факторы, митогены, клеточная регенерация и др. Эти факторы вызывают рост опухоли только после или при совме стном действии с канцерогеном, например рак слизистой губы у ку рильщиков трубок (коканцерогенный механический фактор), рак пи щевода и желудка (механический и термический факторы), рак моче вого пузыря (результат инфекции и раздражения), первичная карцино ма печени (чаще всего на основе цирроза печени), рак легких (в сига ретном дыме, кроме канцерогенов – бензпирена и нитрозамина, со держатся фенолы, выступающие в роли коканцерогенов). Понятиеко канцерогенез не следует путать с понятиемсинканцерогенез , о котором мы говорили ранее. Под синканцерогенезом понимают синергическое действие канцерогенов, т.е. веществ, способных вызывать, индуциро вать опухоль. Эти вещества способны заменять друг друга в индукции опухоли. Под коканцерогенезом подразумевают факторы, которые способствуют канцерогенезу, но сами по себе не являются канцероге нами.
Стадия прогрессии опухоли
Вслед за инициацией и стимуляцией наступает стадия про грессии опухоли. Прогрессия – это неуклонное увеличение злокачест венных свойств опухоли в ходе ее роста в организме хозяина. По скольку опухоль представляет собой клон клеток, берущих свое нача ло от одной материнской клетки, то, следовательно, и рост, и прогрес сия опухоли подчиняются общебиологическим закономерностям кло нального роста. Прежде всего, в опухоли можно выделить несколько клеточных пулов, или несколько групп клеток: пул стволовых клеток, пул пролиферирующих клеток, пул непролиферирующих клеток и пул теряющихся клеток.
Пул стволовых клеток . Эта популяция опухолевых клеток обладает тремя свойствами: 1) способностью к самоподдержанию, т.е. способностью сохраняться неопределенно долго при отсутствии по ступления клеток: 2) способностью продуцировать дифференцирован ные клетки; 3) способностью восстанавливать нормальное количество клеток после повреждения. Только стволовые клетки имеют неограни ченный пролиферативный потенциал, в то время как нестволовые раз множающиеся клетки после ряда делений неизбежно погибают. Сле
довательно, стволовые клетки в опухолях можно определить как клет ки, способные к неограниченной пролиферации и возобновлению рос та опухоли после повреждения, при метастазировании и прививке дру гим животным.
Пул пролиферирующих клеток . Пролиферативный пул (или ростовая фракция) – это доля клеток, участвующих в данный момент в пролиферации, т.е. находящихся в митотическом цикле. Понятие о пролиферативном пуле в опухолях получило за последние годы широ кое распространение. Ему придается большое значение в связи с про блемой лечения опухолей. Это связано с тем, что многие активные противоопухолевые агенты действуют в основном на делящиеся клет ки, и величина пролиферативного пула может являться одним из фак торов, определяющих разработку схем лечения опухолей. При иссле довании пролиферативной активности опухолевых клеток оказалось, что продолжительность цикла у таких клеток меньше, а пролифера тивный пул клеток больше, чем в нормальной ткани, но в то же время оба эти показателя никогда не достигают величин, характерных для регенерирующей или стимулированной нормальной ткани. Мы не имеем права говорить о резком возрастании пролиферативной актив ности опухолевых клеток, так как нормальная ткань может пролифе рировать и пролиферирует при регенерации более интенсивно, чем растет опухоль.
Пул непролиферирующих клеток. Представлен двумя видами клеток. С одной стороны, это клетки, способные к делению, но вы шедшие из клеточного цикла и вступившие в стадию G 0 , или фазу по коя. Основным фактором, определяющим появление этих клеток в опухолях, является недостаточность кровоснабжения, приводящая к гипоксии. Строма опухолей растет медленнее паренхимы. По мере роста опухоли перерастают собственное кровоснабжение, что приво дит к уменьшению пролиферативного пула. С другой стороны, пул непролиферирующих клеток представлен клетками созревающими, т.е. часть клеток опухоли способна к созреванию и дозреванию до зре лых форм клеток. Однако при нормальной пролиферации во взрослом организме в условиях отсутствия регенерации имеется равновесие ме жду делящимися и созревающими клетками. В таком состоянии диф ференцируются, а значит теряют способность к размножению 50% клеток, образовавшихся при делении. В опухолях же пул созревающих клеток уменьшается, т.е. дифференцируется менее 50% клеток, что является обязательным условием прогрессивного роста. Механизм такого нарушения остается неясным.
Пул теряющихся клеток. Явление потери клеток в опухолях известно давно, она определяется тремя различными процессами: ги белью клеток, метастазированием, созреванием и слущиванием клеток (более характерно для опухолей желудочно-кишечного тракта, кожи). Очевидно, что для большинства опухолей основным механизмом кле точной потери является гибель клеток. В опухолях она может идти двумя путями: 1) при наличии зоны некроза клетки непрерывно поги бают на границе этой зоны, что ведет к увеличению количества некро тического материала; 2) гибель изолированных клеток вдали от зоны некроза. К гибели клеток могут привести четыре основных механизма:
1) внутренние дефекты опухолевых клеток, т.е. дефекты ДНК клеток;
2) созревание клеток в результате сохранения в опухолях процесса, свойственного нормальным тканям; 3) недостаточность кровоснабже ния, возникающая в результате отставания роста сосудов от роста опу холи (наиболее важный механизм гибели клеток в опухолях); 4) им мунное разрушение опухолевых клеток.
Состояние перечисленных выше пулов клеток, составляющих опухоль, и определяет опухолевую прогрессию. Законы этой опухоле вой прогрессии были сформулированы в 1949 г. L. Foulds в виде шести правил развития необратимых качественных изменений в опухоли, ведущих к накоплению малигнизации (злокачественности).
Правило 1 . Опухоли возникают независимо друг от друга (процессы злокачественности идут независимо друг от друга в различ ных опухолях у одного и того же животного).
Правило 2 . Прогрессия в данной опухоли не зависит от дина мики процесса в других опухолях того же организма.
Правило 3 . Процессы малигнизации не зависят от роста опу
Примечания:
а) при первичной манифестации опухоль может быть на различной стадии малигнизации; б) необратимые качественные изменения, возникающие в
опухоли, не зависят от размеров опухоли.
Правило 4 . Прогрессия опухоли может осуществляться либо постепенно, либо скачками, внезапно.
Правило 5 . Прогрессия опухоли (или изменение свойств опу холи) идет в каком-то одном (альтернативном) направлении.
Правило 6 . Прогрессия опухоли не всегда достигает своей ко нечной точки развития в течение жизни хозяина.
Из всего вышесказанного следует, что опухолевая прогрессия связана с непрерывным делением опухолевых клеток, в процессе ко
торого появляются клетки, отличающиеся по своим свойствам от пер воначальных опухолевых клеток. Прежде всего это касается биохими ческих сдвигов в опухолевой клетке: в опухоли не столько возникают новые биохимические реакции или процессы, сколько происходит из менение соотношения между процессами, протекающими в клетках нормальной, неизмененной ткани.
В опухолевых клетках наблюдается снижение процессов ды хания (по мнению Отто Варбурга, 1955 г., нарушение дыхания являет ся основой опухолевой трансформации клетки). Дефицит энергии, воз никающей в результате снижения дыхания, вынуждает клетку каким то образом восполнять потери в энергии. Это приводит к активации аэробного и анаэробного гликолиза. Причинами повышения интенсив ности гликолиза являются увеличение активности гексокиназы и от сутствие цитоплазматической глицеро-фосфатдегидрогеназы. Счита ется, что около 50% энергетических потребностей опухолевых клеток покрывается за счет гликолиза. Образование в опухолевой ткани про дуктов гликолиза (молочной кислоты) вызывает ацидоз. Распад глюко зы в клетке идет и по пентозофосфатному пути. Из окислительных реакций в клетке осуществляется распад жирных кислот и аминокис лот. В опухоли резко повышена активность анаболических ферментов обмена нуклеиновых кислот, что свидетельствует о повышении их синтеза.
Большинство опухолевых клеток пролиферируют. Вследствие повышенной пролиферации клеток усиливается синтез белков. Однако в опухолевой клетке помимо обычных клеточных белков начинают синтезироваться и новые белки, которые отсутствуют в нормальной исходной ткани, это является следствием дедифференцировки опухо левых клеток, по своим свойствам они начинают приближаться к эм бриональным клеткам и клеткам-предшественникам. Опухолевоспе цифические белки имеют сходство с эмбриональными белками. Их определение имеет значение для ранней диагностики злокачественных новообразований. В качестве примера можно привести выделенный Ю.С. Татариновым и Г.И. Абелевым -фетопротеин, не определяю щийся в сыворотке крови здоровых взрослых людей, но с большим постоянством встречающийся при некоторых формах рака печени, а также при избыточной регенерации печени в условиях повреждения. Эффективность предложенной ими реакции была подтверждена про веркой по линии ВОЗ. Другим белком, выделенным Ю.С. Татарино вым, является трофобластический 1 -гликопротеин, повышение синте за которого наблюдается при опухолях и беременности. Важное диаг ностическое значение имеет определение канцероэмбриональных бел
ков с различной молекулярной массой, раковоэмбрионального антиге на и др.
Вместе с тем нарушение структуры ДНК приводит к тому, что клетка утрачивает способность синтезировать некоторые белки, кото рые она синтезировала в нормальных условиях. А так как ферменты – это белки, клетка утрачивает ряд специфических ферментов и, как следствие, ряд специфических функций. В свою очередь, это приводит к выравниванию или нивелировке ферментативного спектра различ ных клеток, составляющих опухоль. Опухолевые клетки имеют отно сительно единообразный ферментный спектр, что является отражени ем их дедифференцировки.
Можно выделить ряд свойств, специфичных для опухолей и составляющих их клеток.
1. Бесконтрольная пролиферация клеток.Это свойство явля ется неотъемлемой чертой любой опухоли. Опухоль развивается за счет ресурсов организма и при непосредственном участии гумораль ных факторов организма-хозяина, но этот рост не вызван и не обу словлен его потребностями; напротив, развитие опухоли не только не поддерживает гомеостаз организма, но и имеет постоянную тенден цию его нарушать. Значит, под бесконтрольностью роста имеют в виду рост, не обусловленный потребностями организма. Вместе с тем мест ные и системные ограничивающие факторы могут влиять на опухоль в целом, замедлять темп роста, определять число пролиферирующих в ней клеток. Замедление роста опухоли может идти и по пути увеличе ния разрушения клеток опухоли (как, например, в мышиных и крыси ных гепатомах, которые при каждом митотическом цикле теряют до 90% разделившихся клеток). Сегодня мы уже не имеем права гово рить, как это делали наши предшественники еще 10–20 лет назад, о том, что опухолевые клетки вообще не чувствительны к регулирую щим стимулам и влияниям. Так, еще недавно считалось, что опухоле вые клетки полностью утрачивают способность к контактному тормо жению, т.е. не поддаются сдерживающему деление влиянию соседних клеток (делящаяся клетка при контакте с соседней клеткой в нормаль ных условиях перестает делиться). Оказалось, что опухолевая клетка все же сохраняет способность к контактному торможению, только эф фект наступает при большей, чем в норме, концентрации клеток и при контакте опухолевой клетки с клетками нормальными.
Подчиняется опухолевая клетка и тормозящему пролифера цию действию ингибиторов пролиферации, образуемых зрелыми клет ками (например, цитокинов и низкомолекулярных регуляторов). Влияют на рост опухоли и цАМФ, цГМФ, простагландины: цГМФ
стимулирует пролиферацию клеток, а цАМФ тормозит ее. В опухоли равновесие сдвинуто в сторону цГМФ. Простагландины влияют на пролиферацию опухолевых клеток через изменение концентрации циклических нуклеотидов в клетке. Наконец, на рост в опухоли могут влиять сывороточные ростовые факторы, которые получили название поэтинов, различные метаболиты, доставляемые в опухоль кровью.
Большое влияние на пролиферацию опухолевых клеток ока зывают клетки и межклеточное вещество, составляющие основу опу холевого «микроокружения». Так опухоль, медленно растущая в од ном месте организма, будучи пересажена в другое место, начинает расти быстро. Например, доброкачественная папиллома Шоупа кроли ка, будучи трансплантирована тому же животному, но в другие части тела (мышцы, печень, селезенку, желудок, под кожу), превращается в высокозлокачественную опухоль, которая, инфильтрируя и разрушая прилегающие ткани, в короткие сроки приводит к гибели организма.
В патологии человека встречаются стадии, когда клетки сли зистой оболочки попадают в пищевод и в нем приживляются. Такая «дистопическая» ткань проявляет тенденцию к образованию опухолей.
Опухолевые клетки, однако, утрачивают верхний «лимит» числа их делений (так называемый лимит Хайфлика). Нормальные клетки делятся до определенного максимального предела (у млекопи тающих в условиях клеточной культуры – до 30–50 делений), после чего они погибают. Опухолевые же клетки приобретают способность к бесконечному делению. Результатом этого феномена является иммор тализация («бессмертие») данного клона клеток (при ограниченном сроке жизни каждой отдельной клетки, его составляющей).
Следовательно, нерегулируемый рост следует считать фунда ментальным признаком любой опухоли, в то время как все следующие признаки, о которых пойдет речь, являются вторичными – результатом прогрессии опухоли.
2. Анаплазия (от греч.ana – обратное, противоположное иplasis – формирование),катаплазия . Многие авторы полагают, что анаплазия, или снижение уровня дифференцировки ткани (морфологи ческие и биохимические характеристики) после ее неопластического превращения, является характерной чертой злокачественной опухоли. Клетки опухоли утрачивают характерную для нормальных клеток спо собность образовывать специфические тканевые структуры и выраба тывать специфические вещества. Катаплазия – явление сложное, и оно не может быть объяснено лишь сохранением черт незрелости, соответ ствующих той стадии онтогенеза клетки, на которой ее застигло не опластическое превращение. Этот процесс затрагивает опухолевые
клетки не в одинаковой степени, что часто приводит к образованию клеток, не имеющих аналогов в нормальной ткани. В таких клетках имеет место мозаика сохранившихся и утраченных признаков клеток данного уровня зрелости.
3. Атипизм. С анаплазией связан атипизм (от греч.а – отрица ние иtypicos – образцовый, типичный) опухолевых клеток. Различают несколько разновидностей атипизма.
Атипизм размножения, обусловленный упоминавшимся ра нее нерегулируемым ростом клеток и утратой верхнего предела или «лимита» числа их делений.
Атипизм дифференцировки, проявляющийся в частичной или полной ингибиции созревания клеток.
Морфологический атипизм, который подразделяется на кле точный и тканевой. В злокачественных клетках имеет место значи тельная вариабельность размеров и формы клеток, размеров и числа отдельных клеточных органоидов, содержания ДНК в клетках, формы
и числа хромосом. В злокачественных опухолях наряду с атипизмом клеток имеет место тканевой атипизм, который выражается в том, что, по сравнению с нормальными тканями, в злокачественных опухолях иная форма и величина тканевых структур. Например, размеры и фор ма железистых ячеек в опухолях из железистой ткани аденокарцино мах резко отличаются от исходных нормальных тканей. Тканевой ати пизм без клеточного атипизма характерен только для доброкачествен ных опухолей.
Метаболический и энергетический атипизм, который вклю чает в себя: интенсивный синтез онкобелков («опухолеродных», или «опухолевых» белков); снижение синтеза и содержания гистонов (бел ков-супрессоров транскрипции); образование не свойственных зрелым
клеткам эмбриональных белков (в том числе -фетопротеина); изме нение способа ресинтеза АТФ; появление субстратных “ловушек”, которые проявляются усиленным захватом и потреблением глюкозы для энергообразования, аминокислот для построения цитоплазмы, хо лестерина для построения мембран клетки, а также -токоферола и других антиоксидантов для защиты от свободных радикалов и стаби лизации мембран; снижение в клетке концентрации внтутриклеточно го мессенджера цАМФ.
Физико-химический атипизм, который сводится к увеличе нию содержания в опухолевых клетках воды и ионов калия на фоне снижения концентрации ионов кальция и магния. При этом увеличе ние содержания воды облегчает диффузию субстратов метаболизма
внутрь клеток и его продуктов наружу; снижение содержания Са2+ уменьшает межклеточную адгезию, а увеличение концентрации К+ препятствует развитию внутриклеточного ацидоза, обусловленного усилением гликолиза и накоплением молочной кислоты в перифериче ской, растущей зоне опухоли, поскольку отмечается интенсивный вы ход из распадающихся структур К+ и белка.
Функциональный атипизм, характеризующийся полной или частичной утратой опухолевыми клетками способности вырабатывать специфические продукты (гормоны, секреты, волокна); или неадекват ным, нецелесообразным усилением этой продукции (например, повы шением синтеза инсулина инсуломой – опухолью из клеток панкреа тических островков Лангерганса); или «извращением» отмеченной функции (синтез опухолевыми клетками при раке молочной железы гормона щитовидной железы – кальциотонина или синтез опухолевы ми клетками рака легких гормонов передней доли гипофиза – адрено кортикотропного гормона, антидиуретического гормона и др.). Функ циональный атипизм, как правило, связан с биохимическим атипиз мом.
Антигенный атипизм, который проявляется в антигенном упрощении либо, наоборот, в появлении новых антигенов. В первом случае имеет место утрата опухолевыми клетками антигенов, имев шихся в исходных нормальных клетках (например, утрата опухолевы ми гепатоцитами органоспецифического печеночного h-антигена), а во
втором – появление новых антигенов (например, -фетопротеина).
Атипизм «взаимодействия» опухолевых клеток с организ мом, который состоит в том, что клетки не участвуют в согласованной взаимосвязанной деятельности органов и тканей организма, а наобо рот, нарушают эту гармонию. Например, сочетание иммунодепрессии, снижения противоопухолевой резистентности и потенцирования им мунной системой роста опухоли ведет к «ускользанию» опухолевых клеток из-под системы иммунного надзора. Секреция опухолевыми клетками гормонов и других биологически активных веществ, лише ние организма незаменимых аминокислот, антиоксидантов, стрессор ный эффект опухоли и т.д. усугубляют ситуацию.
4. Инвазивность и деструктивный рост.Способность опухо левых клеток врастать (инвазивность) в окружающие здоровые ткани (деструктивный рост) и разрушать их – характерные свойства всех опухолей. Опухоль индуцирует рост соединительной ткани, а это при водит к образованию подлежащей опухолевой стромы, как бы «матри цы», без которой развитие опухоли невозможно. Клетки новообразо
ванной соединительной ткани в свою очередь стимулируют размноже ние опухолевых клеток, которые врастают в нее, выделяя какие-то биологически активные вещества. Свойства инвазивности, строго го воря, неспецифичны для злокачественных опухолей. Сходные процес сы можно наблюдать и при обычных воспалительных реакциях.
Инфильтрирующий рост опухоли приводит к деструкции нор мальных прилегающих к опухоли тканей. Ее механизм связан с выде лением протеолитических ферментов (коллагеназы, катепсина B, др.), выделеним токсических веществ, конкуренцией с нормальными клет ками за энергетический и пластический материал (в частности, за глю козу).
5. Хромосомные аномалии . Они часто встречаются в опухоле вых клетках и могут быть одним из механизмов прогрессии опухоли.
6. Метастазирование (от греч.meta – середина,statis – поло жение). Распространение опухолевых клеток путем отделения от ос новного очага – главный признак злокачественных опухолей. Обычно деятельность опухолевой клетки не заканчивается в первичной опухо ли, рано или поздно опухолевые клетки мигрируют из компактной массы первичной опухоли, переносятся кровью или лимфой и оседают где-нибудь в лимфатическом узле или в другой ткани. Для миграции имеется ряд причин.
Важным поводом для расселения является простой недоста ток места (перенаселение ведет к миграции): внутреннее давление в первичной опухоли продолжает возрастать до тех пор, пока из нее не начнут выталкиваться клетки.
Клетки, вступающие в митоз, округляются и в значительной мере утрачивают связи с окружающими клетками, частично из-за на рушения нормальной экспрессии молекул клеточной адгезии. По скольку в опухоли одновременно делится значительное число клеток, то их контакты на данном небольшом участке ослабевают, и такие клетки способны с большей легкостью выпадать из общей массы, чем нормальные.
В ходе прогрессии опухолевые клетки все больше приобре тают способность к автономному росту, в результате чего они отрыва ется от опухоли.
Различают следующие пути метастазирования: лимфогенный, гематогенный, гематолимфогенный, «полостной» (перенос опухоле вых клеток жидкостями в полостях тела, например, спинно-мозговой жидкостью), имплантационный (прямой переход опухолевых клеток с поверхности опухоли на поверхность ткани или органа).
Будет ли опухоль матастазировать, и если будет, то когда, оп ределяется свойствами опухолевых клеток и их непосредственного окружения. Однако в том, куда будет мигрировать вышедшая клетка, где она осядет и когда из нее образуется зрелая опухоль, немалая роль принадлежит организму хозяина. Клиницисты и экспериментаторы давно отметили, что метастазы в организме распространяются нерав номерно, по-видимому, отдавая предпочтение некоторым тканям. Так, селезенка почти всегда избегает этой участи, в то время как печень, легкие и лимфатические узлы – излюбленные места оседания метаста зирующих клеток. Пристрастие некоторых опухолевых клеток к опре деленным органам достигает порой крайнего выражения. Например, описана меланома мыши с особым сродством к ткани легкого. При трансплантации такой меланомы мыши, в лапу которой предваритель но имплантировали ткань легкого, меланома вырастала только в ле гочной ткани, причем как в имплантированном участке, так и в нор мальном легком животного.
В ряде случаев метастазирование опухоли начинается на столько рано и при такой первичной опухоли, что обгоняет ее рост и все симптомы болезни обусловливаются метастазами. Даже на вскры тии подчас невозможно среди множества опухолевых очагов обнару жить первичный источник метастазирования.
Сам факт наличия опухолевых клеток в лимфатических и кро веносных сосудах еще не предопределяет развитие метастазов. Из вестны многочисленные случаи, когда на определенном этапе течения болезни, чаще всего под влиянием лечения, они из крови исчезают и метастазы не развиваются. Большинство опухолевых клеток, циркули рующих в сосудистом русле, через определенный срок погибает. Дру гая часть клеток погибает под действием антител, лимфоцитов, мак рофагов. И только самая незначительная часть их находит благопри ятные условия для своего существования и размножения.
Различают метастазы внутриорганные, регионарные и отда ленные. Внутриорганные метастазы - это отшнуровавшиеся клетки опухоли, закрепившиеся в тканях того же органа, в котором выросла опухоль, и давшие вторичный рост. Чаще всего такое метастазирова ние идет лимфогенным путем. Регионарными называются метастазы, которые находятся в лимфатических узлах, близлежащих к органу, в котором выросла опухоль. На начальных этапах опухолевого роста лимфатические узлы реагируют нарастающей гиперплазией лимфоид ной ткани и ретикулярных клеточных элементов. Сенсибилизирован ные лимфоидные клетки по мере развития опухолевого процесса миг рируют из регионарного лимфатического узла в более отдаленные.
При развитии метастазов в лимфатических узлах пролиферативные и гиперпластические процессы в них снижаются, наступает дистрофия клеточных элементов лимфатического узла и размножение опухоле вых клеток. Лимфатические узлы при этом увеличиваются. Отдален ные метастазы знаменуют диссеминацию или генерализацию опухоле вого процесса и находятся за пределами радикального лечебного воз действия.
7. Рецидивирование (от лат.recedivas – возврат; повторное развитие болезни). В его основе лежат: а) неполное удаление опухоле вых клеток в процессе лечения, б) имплантация опухолевых клеток в окружающую нормальную ткань, в) перенос онкогенов в нормальные клетки.
Перечисленные свойства опухолей определяют особенности роста опухоли, особенности течения опухолевой болезни. В клинике принято выделять две разновидности роста опухоли: доброкачествен ный и злокачественный, которые имеют следующие свойства.
Для доброкачественного роста характерны, как правило, мед ленный рост опухоли с раздвиганием ткани, отсутствие метастазов, сохранение структуры исходной ткани, низкая митотическая актив ность клеток, преобладание тканевого атипизма.
Для злокачественного роста характерны обычно быстрый рост с разрушением исходной ткани и глубоким проникновением в окружающие ткани, частое метастазирование, существенная утрата структуры исходной ткани, высокая митотическая и амитотическая активность клеток, преобладание клеточного атипизма.
Простое перечисление особенностей доброкачественного и злокачественного роста свидетельствует об условности такого деления опухолей. Опухоль, отличающаяся доброкачественным ростом, лока лизованная в жизненно важных органах, представляет для организма не меньшую, если не большую опасность, чем злокачественная опу холь, локализованная вдали от жизненно важных органов. Более того, доброкачественные опухоли, особенно эпителиального происхожде ния, способны озлокачествляться. Нередко можно проследить малиг низацию доброкачественных разрастаний у человека.
С позиции механизмов опухолевой прогрессии доброкачест венный рост (т.е. доброкачественная опухоль) является этапом этой прогрессии. Нельзя утверждать, что доброкачественная опухоль во всех случаях служит обязательной стадией в развитии злокачествен ной опухоли, но тот несомненный факт, что именно так нередко быва ет, оправдывает представление о доброкачественной опухоли как об одной из начальных фаз прогрессии. Известны опухоли, которые на
протяжении жизни организма не переходят в злокачественные. Это, как правило, очень медленно растущие опухоли, и, возможно, для их малигнизации необходимо время, превышающее продолжительность жизни организма.
Принципы классификации опухолей
По клиническому течению все опухоли делятся на доброкаче ственные и злокачественные.
По гистогенетическому принципу, который основан на опре делении принадлежности опухоли к определенному тканевому источ нику развития, различают опухоли:
эпителиальной ткани;
соединительной ткани;
мышечной ткани;
меланинобразующей ткани;
нервной системы и оболочек мозга;
системы крови;
тератомы.
По гистологическому принципу, который основан на степени выраженности атипии, различают зрелые опухоли (с преобладанием тканевого атипизма) и незрелые (с преобладанием клеточного атипиз ма).
По онконозологическому принципу опухоли характеризуются согласно Международной классификации болезней.
По распространенности процесса учитываются характеристи ка первичного очага, метастазов в лимфатические узлы и отдаленных метастазов. Используется международная система TNM, где Т (tumor )
– характеристика опухоли, N (nodus ) – наличие метастазов в лимфати ческие узлы, М (metastasis ) – наличие отдаленных метастазов.
Иммунная система и опухолевый рост
Опухолевые клетки изменяют свой антигенный состав, что было неоднократно показано (в частности, в работах академика Л.А. Зильбера, основавшего в 50-х гг. XX в. первую в нашей стране науч ную лабораторию иммунологии опухолей). Следовательно, в процесс неизбежно должна включаться иммунная система, одной из важней ших функций которой является цензорная, т.е. выявление и уничтоже ние «чужого» в организме. Изменившие свой антигенный состав опу холевые клетки и представляют это «чужое», подлежащее уничтоже
нию. Опухолевая трансформация происходит постоянно и относи тельно часто в течение жизни, но иммунные механизмы устраняют или подавляют размножение опухолевых клеток.
Иммуногистохимический анализ тканевых срезов различных опухолей человека и животных показывает, что они часто инфильтри рованы клетками иммунной системы. Установлено, что при наличии в опухоли Т-лимфоцитов, NK-клеток или миелоидных дендритных кле ток прогноз значительно лучше. Например, частота пятилетнего вы живания у больных раком яичника в случае обнаружения Т лимфоцитов в удаленной при операции опухоли составляет 38%, а при отсутствии Т-лимфоцитарной инфильтрации опухоли только 4,5%. У пациентов с раком желудка этот же показатель при инфильтрации опухоли NK-клетками или дендритными клетками составляет соответ ственно 75% и 78%, а при низкой инфильтрации этими клетками соот ветственно 50% и 43%.
Условно выделяют две группы механизмов противоопухоле вого иммунитета: естественную резистентность и развитие иммунного ответа.
Ведущая роль в механизмах естественной резистентности при надлежит NK-клеткам, а также активированным макрофагам и грану лоцитам. Эти клетки обладают естественной и антителозависимой кле точной цитотоксичностью по отношению к опухолевым клеткам. В связи с тем что для проявления этого действия не требуется длитель ной дифференцировки и антигензависимой пролиферации соответст вующих клеток, механизмы естественной резистентности формируют первый эшелон противоопухолевой защиты организма, так как всегда включаются в нее немедленно.
Основную роль в элиминации опухолевых клеток при разви тии иммунного ответа играют эффекторные Т-лимфоциты, форми рующие второй эшелон защиты. Следует подчеркнуть, что для разви тия иммунного ответа, заканчивающегося повышением числа цито токсических Т-лимфоцитов (синоним: Т-киллеры) и Т-эффекторов гиперчувствительности замедленного типа (синоним: активированные провоспалительные Th1-лимфоциты), необходимо от 4 до 12 суток. Это связано с процессами активации, пролиферации и дифференци ровки клеток соответствующих клонов Т-лимфоцитов. Несмотря на длительность развития иммунного ответа, именно он обеспечивает второй эшелон защиты организма. Последний, благодаря высокой специфичности антигенраспознающих рецепторов Т-лимфоцитов, зна чительному увеличению (в тысячи–сотни тысяч раз) количества кле ток соответствующих клонов в результате пролиферации и дифферен
цировки предшественников, намного более избирателен и эффективен. По аналогии с действующими в настоящее время системами вооруже ния армий различных стран механизмы естественной резистентности можно сравнить с танковыми армиями, а эффекторные Т-лимфоциты – с высокоточным оружием космического базирования.
Наряду с увеличением количества эффекторных Т лимфоцитов и их активации при развитии иммунного ответа на опухо левые антигены в результате взаимодействия Т- и В-лимфоцитов про исходит клональная активация, пролиферация и дифференцировка В лимфоцитов в плазматические клетки, продуцирующие антитела. По следние в большинстве случаев не угнетают рост опухолей, напротив, они могут усиливать их рост (феномен иммунологического усиления, связанный с «экранированием» опухолевых антигенов). В то же время антитела могут участвовать в антителозависимой клеточной цитоток сичности. Опухолевые клетки с фиксированными на них антителами класса IgG распознаются через рецептор к Fc-фрагменту IgG (Fc RIII, CD16) NK-клетками. При отсутствии сигнала с киллер ингибирующего рецептора (в случае одновременного снижения опу холевыми клетками экспрессии молекул гистосовместимости I класса в результате их трансформации) NK-клетки лизируют покрытую анти телами клетку-мишень. В антителозависимой клеточной цитотоксич ности могут принимать участие и естественные антитела, которые присутствуют в организме в низком титре до контакта с соответст вующим антигеном, т.е. до развития иммунного ответа. Образование естественных антител – следствие спонтанной дифференцировки соот ветствующих клонов В-лимфоцитов.
Для развития клеточноопосредованного иммунного ответа необходима полноценная презентация антигенных пептидов в ком плексе с молекулами главного комплекса гистосовместимости I (для цитотоксических Т-лимфоцитов) и II класса (для Th1-лимфоцитов) и дополнительные костимулирующие сигналы (в частности, сигналы c участием CD80/CD86). Этот набор сигналов Т-лимфоциты получают при взаимодействии с профессиональными антигенпрезентирующими клетками (дендритные клетки и макрофаги). Поэтому для развития иммунного ответа необходима инфильтрация опухоли не только Т лимфоцитами, но и дендритными и NK-клетками. Активированные NK-клетки лизируют опухолевые клетки, экспрессирующие лиганды для киллер-активирующих рецепторов и имеющие сниженную экс прессию молекул главного комплекса гистосовместимости I класса (последние выступают лигандом для киллер-ингибирующих рецепто ров). Активация NK-клеток приводит и к секреции IFN- , TNF- ,
гранулоцитарно-моноцитарного колониестимулирующего фактора (GM-CSF), хемокинов. В свою очередь, эти цитокины активируют дендритные клетки, которые мигрируют в регионарные лимфатические узлы и запускают развитие иммунного ответа.
При нормальном функционировании иммунной системы вероятность выживания единичных трансформированных клеток в организме весьма невысока. Она повышается при некоторых врожденных иммунодефицитных заболеваниях, связанных с нарушением функции эффекторов естественной резистентности, воздействием иммунодепрессивных средств, при старении. Воздействия, которые подавляют иммунитет, способствуют возникновению опухолей, и наоборот. Сама опухоль обладает выраженным иммунодепрессивным действием, резко тормозит иммуногенез. Это действие реализуется через синтез цитокинов (IL-10, трансформирующий фактор роста-), низкомолекулярных медиаторов (простагландины), активацию CD4+ CD25+ FOXP3+ регуляторных Т-лимфоцитов. Экспериментально доказана возможность прямого цитотоксического действия опухолевых клеток на клетки иммунной системы. С учетом вышесказанного, нормализация функций иммунной системы при опухолях – необходимый компонент в комплексном патогенетическом лечении.
Лечение в зависимости от вида опухоли, ее размеров, распространения, наличия или отсутствия метастазов включает хирургическое вмешательство, химиотерапию и лучевую терапию, которые сами по себе могут оказывать иммунодепрессивное действие. Коррекция функций иммунной системы иммуномодуляторами должна проводится только после окончания лучевой терапии и/или химиотерапии (опасность развития лекарственно-индуцированной иммунологической толерантности к опухолевым антигенам в результате уничтожения противоопухолевых клонов Т-лимфоцитов при активации их пролиферации перед назначением цитостатиков). При отсутствии последующей химиотерапии или лучевой терапии использование иммуномодуляторов в раннем послеоперационном периоде (например, миелопид лимфотропно, имунофан, полиоксидоний) позволяет значительно снизить число послеоперационных осложнений.
В настоящее время интенсивно разрабатываются подходы к иммунотерапии новообразований. Проходят испытания методы активной специфической иммунотерапии (введение вакцин из опухолевых клеток, их экстрактов, очищенных или рекомбинантных опухолевых антигенов); активной неспецифической иммунотерапии (введение вакцины БЦЖ, вакцины на основе Corynebacterium parvum и других микроорганизмов для получения адъювантного эффекта и переключения
